Pour Disney, elle enregistre le titre I Can't Wait, extrait de la bande originale de la série Lizzie McGuire, ainsi qu'un album de chansons de Noël : Santa Clause Lane. Comme d'autres vedettes de séries de Disney Channel (Christy Carlson Romano de La Guerre des Stevens ou Raven de Phénomène Raven, par exemple), Hilary Duff participe également au Disney Channel Circle of Stars, et enregistre un remix de la chanson Circle of Life pour la sortie du DVD du film d'animation Le Roi lion. Elle enregistre également quelques duos avec sa sœur.
Son premier « vrai » album sort quant à lui le 26 août 2003 : Metamorphosis devient double disque d'or aux États-Unis en seulement deux semaines, et s'exporte à l'international. En France, il sort au mois de février l'année suivante ; le premier extrait So Yesterday atteint le top 10 des ventes de singles, ce qui n'est pas le cas du second single : Come Clean.
Elle sort ensuite deux autres albums, au succès moindre : Hilary Duff puis la compilation Most Wanted, dont les chansons inédites sont, pour certaines, co-signées par Joel Madden du groupe Good Charlotte, qui est alors son compagnon. L'album reste n°1 des ventes d'albums au USA pendant 2 semaines. C'est en 2007 que sort son quatrième album : Dignity (sorti le 26 mars en France, en première sortie mondiale, puis une semaine plus tard aux États-Unis). Les sonorités de l'album sont plus pop-dance que les précédents. Deux singles le précèdent: Play with fire et With love, dont le clip sert au lancement de son parfum With Love... Hilary Duff. Cet album est également un gros succès : il se classe directement 18e dans les charts américains, 1er au Canada ainsi qu'en Angleterre. En France, l'album est lancé sans aucune promotion, et ne rencontre pas le succès.
Un nouvel extrait de l'album sort ensuite aux États-Unis, au Canada, en Angleterre, et en Australie. Intitulé Stranger, le clip associé met en scène Hilary dansant, pour la première fois de sa carrière, une danse orientale. L'album est disque de platine grâce à ses ventes dans le monde.
De juillet 2007 à février 2008, Hilary Duff est en tournée aux États-Unis, au Canada, au Brésil et en Australie. Les dates européennes de sa tournée sont quant à elles annulées par sa maison de disques. Après cette tournée, Hilary rompt son contrat avec Hollywood Record mais se voit tout de même obligée de sortir un dernier album avec cette maison de disques. C'est en 2008 que sort donc son deuxième Best Of : Best of Hilary Duff dont sont extraits deux nouveaux titres : Reach Out et Holiday. Cet album est un flop puisqu'il se classe seulement 1 semaine aux USA et se vent à environ 100 000 exemplaires dans le monde. Depuis, Hilary Duff n'enregistre aucun album et se consacre davantage à sa carrière cinématographique.