2005-ben, miután több tévésorozatban statisztaként dolgozott, Butler megkapta első állandó állását háttérszínészként, aki Lionel Scranton szerepét játszotta két évadon át a Nickelodeon Ned’s Declassified School Survival Guide című sorozatában. Barátja a sorozatban, Lindsey Shaw bemutatta őt menedzserének, Pat Cutlernek, aki azonnal felajánlotta, hogy képviseli őt, és ettől kezdve Butler komolyan kezdte venni a színészetet, mint karriert.
2007 májusában Butler vendégszerepet kapott a Disney Channel Hannah Montana című sorozatában, ahol Derek Hanson szerepét játszotta Miley Cyrus színésznővel szemben, és ugyanezen év szeptemberében Jake Krandle-t alakította a Nickelodeon iCarly című sorozatának “iLike Jake” című epizódjában.
2008 februárjában Butler főszerepet kapott a Nickelodeon/Family Zoey 101 című sorozatában, ahol James Garrett-et, Jamie Lynn Spears címszereplő Zoey szerelmét alakította, majd ugyanezen év márciusában feltűnt a Jimmy fején kívül című sorozat egyik epizódjában, ahol Lance szerepét játszotta a “Princess” című részben.
2009 júliusában Butler szerepelt a 20th Century Fox Aliens in the Attic című családi kalandfilmjében (eredeti címe: They Came From Upstairs), ahol Jake Pearsont alakította Ashley Tisdale, Carter Jenkins, Robert Hoffman, Kevin Nealon és Doris Roberts mellett. A filmben karaktere a családjával együtt azért küzd, hogy megmentsék nyaralójukat és a világot egy idegen inváziótól. Ugyanezen a nyáron Butler feltűnt Jordan Gallagher főszerepében a népszerű, de rövid életű ABC Family sorozatban, a Ruby & the Rockits-ban, David Cassidy, Patrick Cassidy és jó barátja, Alexa Vega mellett. Butler alakította Alexa karakterének, Rubynak az unokatestvérét, akibe belezúgott, azzal érvelve, hogy ez azért van, mert sosem nőtt fel vele együtt.
2010 februárjában Butler visszatérő szerepet kapott Jones szerepében a CW sorozatában, a Life Unexpected-ben, és ugyanebben a hónapban feltűnt a Wizards of Waverly Place “Pozitív Alex” című epizódjában, ahol Alex új szerelmét, George-ot alakította. Ugyanezen év júniusában Butler két egymást követő Jonas epizódban tűnt fel, ahol Stone Stevenst alakította, és ugyanezen év decemberében Butler vendégszerepelt a CSI: Miami és a The Defenders című sorozatokban.
Szintén 2010-ben Butler az Idegenek a padláson sztárja, Ashley Tisdale meghívta őt, hogy jelentkezzen a Sharpay mesés kalandja című film főszerepére, amely a Disney High School Musical franchise spin-offja volt, és Sharpay Evans kalandjait követte a középiskola után, amint megpróbálja elérni a nagy áttörést a Broadwayn. A filmben Butler játszotta Peyton Leverette-et, egy jóképű filmes diákot, aki majdnem annyira lenyűgözőnek találja Sharpay-t, mint ő magát.
2010 decemberében Butler a Week In Rewindnek mesélt arról, hogy megkapta a szerepét a Sharpay’s Fabulous Adventure-ben: “Egyszer már dolgoztam Ashley-vel, aztán hallottam a filmről, mert felhívott, és azt mondta: ‘Austin, szeretném, ha eljönnél és olvasnál a rendezőnek ehhez a filmhez – szerintem tökéletes lennél. Így hát elmentem, és találkoztam a rendezővel, és nagyon jól ment, és végül elvállaltam a filmet.” A film forgatása 2010 júliusában fejeződött be, és 2011. április 19-én jelent meg közvetlenül DVD-n.
2011-ben Wilke szerepét kapta meg az ABC Family sorozatában, a Switched at Birth-ben, amely 2011. június 27-én debütált. Ugyanebben az évben leszerződött Zack Garvey főszerepére a The Bling Ring című Lifetime tévéfilmben, amelyet a Dick Clark Productions készített és Michael Lembeck rendezett, aki korábban a Tooth Fairy-t és a The Santa Clause franchise utolsó két részét rendezte, valamint a 2011. szeptember 26-án sugárzott The Bling Ring című Lifetime tévéfilmet, amelyben Austin Butler alakítja Zack Garvey-t (Nick Prugo alapján). A film egy csapat fiatal betörőt követ, akik Hollywood néhány hírességének otthonát veszik célba. A Dirty Dancingből ismert Jennifer Grey alakítja Iris Garvey-t, Butler karakterének, Zacknek az édesanyját, az egyik vádlottat. A filmben szerepel még Yin Chang, Renee Olstead és Spencer Locke. A film 2011. szeptember 26-án került a mozikba.
2012 januárjában Butler vendégszerepelt az NBC komédiájában, az Are You There, Chelsea? harmadik, “Believe” című epizódjában, Luke szerepében, aki egy zenekar énekese, akihez Laura Prepon címszereplője vonzódik.
2012 márciusában Butler szerepet kapott a The CW Szex és New York előzménysorozatában, a The Carrie Diaries-ben, Sebastian Kydd szerepében, aki egy merengő szívtipró, aki ugyanabba a középiskolába jár, mint Carrie Bradshaw, akit AnnaSophia Robb alakít. A The Carrie Diaries Candace Bushnell azonos című regényén alapul, és Bradshaw életét követi nyomon az 1980-as években, New York-i tinédzserként. A sorozatot 2014. május 8-án, két évad után törölték.
2014 áprilisában bejelentették, hogy Butler csatlakozott a Los Angeles-i Geffen Playhouse-ban játszott Death of the Author című darab szereplőgárdájához. Bradley szerepét játszotta, aki egy joghallgatót alakított, aki politológia és matematika kettős szakon végzett egy gazdag egyetemen. A darabot Bart DeLorenzo rendezte és Steven Drukman írta. A 2014. május 20-i előzetest követően a darab május 28-tól június 29-ig volt látható. 2014 szeptemberében bejelentették, hogy Butler csatlakozott az Arrow szereplőgárdájához Chase visszatérő szerepében. Karaktere egy DJ és Willa Holland karakterének, Thea Queen-nek a szerelmi érdeklődése.
Társszereplője volt Miranda Cosgrove és Tom Sizemore mellett a The Intruders című thrillerfilmben, és szerepelt Kevin Smith Yoga Hosers (2016) című horror-vígjátékában, amely 15 éves jógamániásokról, Colleen Collette-ről és Colleen McKenzie-ről szól. A filmekben Johnny Depp, Lily-Rose Depp, Harley Quinn Smith és Haley Joel Osment is játszik.
2016-ban kezdte el játszani Wil Ohmsford szerepét a The Shannara Chroniclesben, az MTV televíziós adaptációjában, amely Terry Brooks The Elfstones of Shannara című regényét dolgozza fel. 2018. január 16-án bejelentették, hogy a sorozatot két évad után törölték. A producerek később bejelentették, hogy a sorozatot más csatornáknak is eladják.
A Broadwayn debütált Don Parritt, az “elveszett fiú” szerepében a The Iceman Cometh-ben. A limitált előadások előzetesei 2018. március 26-án kezdődtek, és a darab 2018. július 1-jén zárult. Hilton Als kritikája szerint a darabról a The New Yorkerben: “Bár sok szereplő van George C. Wolfe rendezésében, Eugene O’Neill fenomenális drámájában, a The Iceman Cometh-ben, csak egy színész van, és az ő neve Austin Butler.”
2019 júliusában szerepelt a Volt egyszer egy Hollywoodban című Quentin Tarantino-filmben Charles “Tex” Watson kitalált változataként, aki Charles Manson jobbkezének tartotta magát. Ugyanebben a hónapban Butler megkapta Elvis Presley szerepét a Baz Luhrmann által rendezett Elvis című, az énekesről szóló életrajzi filmben. 2021 februárjában megkapta a Masters of the Air című háborús dráma minisorozat főszerepét.