Mais sa carrière démarre réellement quand elle obtient le rôle de la série Hannah Montana, qui cartonne sur Disney Channel (le 1er épisode est regardé par 5,4 millions de téléspectateurs). Elle y incarne une jeune fille, Miley Stewart, qui mène une double vie : le jour, elle est une ado modèle de 14 ans, mais le soir elle se transforme en Hannah Montana, la plus grande rock star de sa génération. Son père incarne quant à lui le rôle de Robbie Ray Stewart, un ancien chanteur de country. Miley Cyrus interprète elle-même les titres de la série. Les 2 albums de la bande originale se placent 1er des ventes aux États-Unis la semaine de leur sortie.
En 2007, elle chante la chanson I learned from you pour Le Secret de Terabithia. Elle fait également une brève apparition dans la scène finale dans High School Musical 2. Elle remporte 2 Teen choices awards, en tant que meilleure comédienne dans une série télévisée de comédie (pour Hannah Montana). Elle avait déjà été nommée l'année précédente comme révélation de l'année !
À partir du 18 octobre 2007, elle entame une grande tournée de 54 dates à travers les États-Unis. Elle sort le 22 juillet 2008, son premier album solo : Breakout. Après une semaine d'exploitation aux U.S, l'album, contenant le single "7 things", se vend à plus de 350 000 exemplaires.