2015年10月，比莉·艾利什录制了歌曲《Ocean Eyes》，该曲最初是菲尼亚斯·奥康奈尔为他的乐队所做，比莉·艾利什的舞蹈老师被她随意哼唱的旋律所吸引，并为歌曲编排了舞蹈；11月，比莉·艾利什将《Ocean Eyes》发布到了SoundCloud上，该曲得到了新视镜唱片公司的关注。 　　2016年6月，她又在网上发布了单曲《Six Feet Under》；11月，她签入了环球音乐旗下的新视镜唱片公司，并通过新视镜唱片将单曲《Ocean Eyes》进行全球正式发行，该曲在Spotify取得了累计1亿9400万的流媒体点击量。 　　2017年2月30日，发布单曲《Bored》，该曲是Netflix电视剧《十三个原因第一季》的原声歌曲；8月，推出了个人首张EP《dont smile at me》；该专辑在公告牌专辑榜内停留了18周，取得了50亿Spotify流媒体量；9月，苹果音乐将比莉·艾利什称为“Up Next”艺人，并上线收录了3首现场歌曲的EP《Up Next Session: Billie Eilish》；年底，入围2018年BBC年度新声。 　　2018年，比莉·艾利什在欧美地区举办了首次个人巡回演唱会“Where's My Mind Tour”；4月19日，与哈里德·罗宾逊为电视剧《十三个原因第二季》演唱的原声歌曲《Lovely》发行；10月，在美国俄勒冈州波特兰拉开了“1 by 1 tour”世界巡回演唱会的序幕；11月20日，推出单曲《Come Out and Play》，该曲被选为苹果圣诞短片《Share Your Gifts》的宣传曲，取得了超过1亿6000万的流媒体点击量。 　　2019年1月，发行单曲《When I Was Older》，该曲被Netflix电影《罗马》的原声歌曲专辑收录；同月，确定担任英国独立摇滚乐队芙萝伦丝机进份子的巡演暖场嘉宾；3月24日，获得第32届美国儿童选择奖最受喜爱突破艺人；3月29日，个人首张录音室专辑《When We All Fall Asleep, Where Do We Go?》正式发行，该专辑取得了60多个国家的iTunes冠军，并以31.3万张的全美首周销量取得了公告牌专辑榜冠军，她也因此成为首个登顶该榜单的00后歌手；与此同时，《bad guy》作为专辑主打单曲发行；4月，担任美国科切拉音乐艺术节的表演嘉宾；4月24日，展开第三次个人世界巡回演唱会“When We All Fall Asleep, World Tour”；5月，获得第36届ASCAP流行音乐奖先锋奖；7月12日，贾斯汀·比伯参与演唱的混音版《Bad Guy》正式上线；7月23日，第36届MTV音乐录影带奖提名揭晓，比莉·艾利什获得9项提名；8月12日，在第21届青少年选择奖中获得最佳女艺人和最佳突破艺人两个奖项；8月20日，《bad guy》取得了美国公告牌百强单曲榜冠军，比莉·艾利什因此成为了第一个夺冠的00后歌手；8月26日，在MTV音乐录影带大奖颁奖典礼上获得最佳新人、年度推介新人歌手、最佳剪辑三个奖项；11月13日，发行单曲《everything i wanted》；11月25日，获得第47届全美音乐奖年度新人、最受欢迎另类摇滚歌手；12月12日，获颁2019美国公告牌年度女性称号。 　　2020年1月26日，第62届格莱美奖颁发，比莉获得了最佳新人，专辑《When We All Fall Asleep, Where Do We Go?》获得了年度专辑、最佳流行演唱专辑，歌曲《Bad Guy》获得了年度制作、年度歌曲；2月9日，在第92届奥斯卡金像奖颁奖礼致敬去世影人环节，比莉演唱了披头士的歌曲《Yesterday》，以缅怀过去一年逝世的影人；2月14日，为电影《007：无暇赴死》创作献唱的主题曲《No Time To Die》通过环球唱片全球发布；2月19日，获得了第40届全英音乐奖最佳国际女歌手；3月9日，开启“Where Do We Go? World Tour”巡演的北美场；3月11日，国际唱片业协会IFPI公布2019年十大最畅销单曲，《bad guy》以1950万销量夺得年度冠军；3月16日，宣布“When We All Fall Asleep, World Tour”巡演延期；7月30日，发行个人单曲《my future》；10月14日，第27届美国公告牌音乐奖颁奖，比莉获得了最佳新人、最佳女歌手、最佳公告牌200专辑三个奖项；11月13日，发布个人单曲《Therefore I Am》，该曲获得了公告牌百强单曲榜亚军。 　　2021年1月21日，发行与西班牙歌手罗莎莉亚合作的单曲《Lo Vas a Olvidar》，该曲收录于电视剧《亢奋》的原声歌曲专辑；2月26日，个人纪录片《Billie Eilish: The World's a Little Blurry》上线；3月15日，第63届格莱美奖颁发，其演唱的歌曲《everything i wanted》《No Time To Die》分别获得第63届格莱美奖年度制作、最佳影视原创歌曲；5月11日，获得第41届全英音乐奖最佳国际女歌手；7月30日，第二张个人录音室专辑《Happier Than Ever》，该专辑以23.8万张的全美首周销量取得了公告牌专辑榜冠军；同年，入选《时代周刊》“全球最具影响力百人榜”。 　　2022年2月9日，获得第42届全英音乐奖年度最佳国际歌手；2月23日，在美国新奥尔良开启“Happier Than Ever, The World Tour”世界巡回演唱会的第一站；3月27日，其创作并演唱歌曲《No Time To Die》获得第94届奥斯卡金像奖最佳原创歌曲；7月21日，发行个人EP《Guitar Songs》，专辑收录了《TV》和《The 30th》两首歌曲；11月14日，获得MTV欧洲音乐奖美国地区最佳艺人。 　　2023年2月6日，与菲尼亚斯·奥康奈尔共同为电影《青春变形记》创作的歌曲《Nobody Like U》提名第65届格莱美奖“最佳影视歌曲”奖项，比莉·艾利什在伦敦O2体育馆的演唱会录像提名最佳音乐电影；3月17日，参与客串的恐怖剧集《蜂群》播出，这亦为比莉·艾利什的演员首作；4月7日，联手Labrinth发行单曲《Never Felt So Alone》；5月9日，发行单曲《hotline (edit)》；7月14日，发行单曲《What Was I Made For?》，该曲被电影《芭比》的原声歌曲专辑收录，该曲获得了第66届格莱美奖年度歌曲、最佳影视歌曲以及第96届奥斯卡金像奖最佳原创歌曲。 　　2024年4月23日，在游戏《堡垒之夜》音乐节模式中举办虚拟演唱会；5月17日，发行第三张录音室专辑《HIT ME HARD AND SOFT》。