Efter eksamen i gymnasiet til Walter Reed, Rachel fortsatte med at modtage undervisning i gymnasiet i Notre Dame, hvor han deltog i flere teater produktioner. I college, Miss Bilson, fulgte sin fars råd og satte sig for at blive skuespiller, hun studerede kun ét kursus. Pigen, der har besluttet at prøve lykken på tv, dukkede snart i reklamer Pepto-Bismol, Raisin Bran og Subway.
Et gennembrud i hendes skuespillerkarriere forekom kun i 2003, hvor Rachel havde små roller i populære tv-serie "8 Simple Rules", "Buffy - the Vampire Slayer", og i kortfilmen "ubrudt". Rolle Summer Roberts modtog Bilson på ungdomsområdet serien "The OC", var hendes fineste time. I første omgang blev hun skulle spille i et par episoder, men efter en vellykket demonstration af den første serie af dets rolle er blevet en af de vigtigste og mest roman Summer Seth Cohen blevet en af de vigtigste historier i serien.
Efter at have forladt showet på skærmen, Rachel blev idol af det unge publikum. I 2005-2006 blev hun hædret med titler som "Best TV Actress" og "Hotteste Girl" og blev kåret som en af de 100 mest smukke mennesker, og 100 af de mest attraktive og sexede kvinder i verden.
Den første rolle i en film Bilson fik hende urolig. I 2006 den romantiske film "The Last Kiss" pige med besvær, men overvandt hans modvilje mod at fratage foran kameraet seng scene. Rachel har gentagne gange påpeget, at for roller i film er den klar til at opgive optagelserne af "ensomme hjerter". Den anden vigtige rolle, som unge skuespillerinde var i filmen "Jumper". For dette arbejde, blev hun tildelt prisen Teen Choice Awards som bedste skuespillerinde eventyr film.
Efter at have afsluttet optagelserne af "Lonely Hearts" i 2007 serien direktør Josh Shvard inviteret Rachel til at spille en cameo rolle i hans nye komedieserie "Chuck". Næste Karriere Bilson fortsatte med at vinde momentum: i 2009, hun, sammen med Hayden Christensen medvirkede i filmen almanak "New York, Jeg elsker dig", og 2 år senere fik roller i "Venter på Forever" og "bedste venner og barnet."
I 2011 tak til alle de samme Josh Schwartz, skuespillerinden fik hovedrollen i tv-serien "Hart of Dixie". I historien om hendes karakter, ikke har modtaget en post hjertekirurgi i et hospital i New York, blev tvunget til at gå på arbejde i provinshovedstaden sydlige by.
I perioden fra 2003 til 2006 Bilson romantisk involveret med skuespilleren Adam Brody, der spillede rollen som hendes kæreste i serien "The OC". I slutningen af 2008 begyndte Bilson at mødes med Hayden Christensen. I sommeren 2010, parret, bryde forlovelsen, brød op, men snart genoptaget deres forhold.