V roce 2001 se Stonerová stala spolu s Michaelem Alanem Johnsonem moderátorkou pořadu Disney Channel Mike’s Super Short Show, který se týkal chystaných novinek společnosti Disney. V letech 2003 a 2005 se objevila jako Sarah, jedno z dvanácti Bakerových dětí, v úspěšných komediích Cheaper by the Dozen a Cheaper by the Dozen 2. Objevila se také v několika televizních pořadech zaměřených na předškolní publikum, včetně The Suite Life of Zack & Cody, That’s So Raven a Drake & Josh.
V roce 2006 měla malou filmovou roli ve filmu Step Up jako Camille, mladší nevlastní sestra postavy Channinga Tatuma. V letech 2007-2015 propůjčila hlas Isabelle Garcia-Shapiro a Jenny (do 4. série) v animovaném seriálu Phineas a Ferb na Disney Channel a osobně vymyslela Isabellinu hlášku „Whatcha doin‘?“. V roce 2008 si zahrála v originálním filmu Disney Channel Camp Rock jako Caitlyn Gellarová, začínající hudební producentka. Její přijetí ve filmu Camp Rock bylo obzvlášť silné, různá média naznačovala, že bylo načase, aby si zahrála hlavní roli, když předtím sekundovala jiným velkým jménům, jako jsou Will Smith a Eminem. Stonerová si zahrála roli Alice McKinleyové ve filmu Alice naruby, volně založeném na sérii knih o Alici, zejména na knize The Agony of Alice od Phyllis Reynolds Naylorové. Byla to její druhá hlavní role a podle rozhovoru, který se objevil na vydání direct-to-DVD, uvedla, že to bylo poprvé, kdy se musela objevit v každé scéně ve filmu.
V roce 2008 nazpívala dvě písně, „Lost and Found“ a „Free Spirit“, ze soundtracku k filmu Alice Upside Down, ve kterém hraje hlavní roli. Nahrála také coververzi písně Dancing in the Moonlight pro DVD/Blu-ray film společnosti Disney z roku 2009, Space Buddies. V roce 2010 se Stoner objevila ve třetím filmu Step Up 3D po boku Adama Sevaniho, kde si zopakovala svou roli. Stonerová nahrála na svou oficiální stránku na YouTube video z poslední taneční zkoušky, na které se představili ostatní členové obsazení. V témže roce se Stonerová vrátila, aby si zopakovala roli Caitlyn Gellarové ve filmu Camp Rock 2: The Final Jam, pokračování filmu Camp Rock. Stonerová také hostovala v televizním dramatickém seriálu House jako skejťačka.
V roce 2011 začala Stonerová spolupracovat s hudebními producenty, skladateli a hlasovým koučem, aby pro své první studiové album změnila svůj hlasový styl z „dětského popu“ na oduševnělejší pop s trochou alternativy. Dne 4. dubna 2010 Stoner zveřejnila na svém kanálu YouTube video, v němž oznámila, že 20. dubna 2010 vydá svůj debutový singl „Flying Forward“. V roce 2011 Stoner vydala své debutové EP s názvem Beat the System. Objevila se také ve videích souvisejících s Wii Fit na kanálu společnosti Nintendo na videoherní konzoli Wii, kde předváděla balanční cvičení. Stonerová nahradila Hayden Panettiere jako hlas Kairi ve hře Kingdom Hearts Re:Chain of Memories, Xion ve hře Kingdom Hearts 358/2 Days a obou postav ve hře Kingdom Hearts III. Ve třetí a čtvrté sérii seriálu The Legend of Korra namluvila postavu Opal.
TanecEdit
Po choreografickém výcviku v Los Angeles se Stonerová objevila jako doprovodná tanečnice v několika hudebních videoklipech, zejména ve skladbách Missy Elliott „Work It“, „Gossip Folks“, „I’m Really Hot“, Eminemově „Just Lose It“ a „No Tengo Dinero“ skupiny Kumbia Kings. Byla také doprovodnou tanečnicí skupiny OutKast na předávání cen Kids‘ Choice Awards v roce 2004 a Willa Smithe na show v roce 2005. V letech 2003 až 2006 Stoner tančila s taneční skupinou The JammX Kids. Začátkem roku 2006 skupinu opustila kvůli rozvrhovým konfliktům, ale s jednotlivými dětmi nadále spolupracuje na různých zakázkách. Byla také jednou z tanečnic ve speciálních filmech k DVD Příběh žraloka.
Stoner vede hodiny hip hopu v tanečním komplexu Millennium a je považována za nejmladší osobu, která zde vedla mistrovské kurzy. Objevila se také ve filmu Debby Ryan „We Got the Beat“ pro pořad Radio Rebel stanice Disney Channel. V únoru 2015 vydala taneční video na počest Missy Elliot, ve kterém vytvořila mash up z videoklipů Missy Elliott, ve kterých tančila, když byla mladší. Během prvního týdne získal videoklip více než 12 milionů zhlédnutí. Missy Elliott pozvala Alyson, aby s ní na předávání cen MTV Video Music Awards 2019 vystoupila s písní „Work It“.
PublishingEdit
Stoner byla „taneční redaktorkou“ časopisu KEWL. V únoru 2009 Stonerová vydala projekt Alyson Stoner Project, který popisuje jako „hybrid tanečních videí – spojuje mnoho stylů zábavy do jednoho balíčku“. Jeho režisérem byl Kevin Schmidt, její spoluhráč ze seriálu Cheaper by the Dozen.