Selena Gomez commence sa carrière d'actrice en 2002, en décrochant le rôle de Gianna dans la série Barney & Friends. Son premier rôle était celui de Gianna dans Barney & Friends, où elle rencontre Demi Lovato. Son rôle de Gianna a été récurrent jusqu'en 2003, où Selena a figuré dans le film Spy Kids 3 : Mission 3D dans le rôle de Waterpark girl. En 2005, elle joue le rôle de Julie dans le téléfilm Walker Texas Ranger et celui d'Emily Grace Garcia dans un autre téléfilm : Brain Zapped (2006).
En 2006, elle est invitée dans la deuxième saison de La Vie de Palace de Zack et Cody dans le rôle de Gwen (dans l'épisode Zack et Cody font du théâtre). En 2007, elle apparaît également dans les épisodes de la deuxième saison d'Hannah Montana où elle joue Mikayla, une pop star qui est la rivale d'Hannah Montana (Miley Cyrus). La même année, elle est engagée dans la série Disney Channel - Les Sorciers de Waverly Place, où elle interprète le personnage principal- Alex Russo. Par la suite, elle prête sa voix à « Helga » dans le film d'animation Horton(2007). En 2008, Selena Gomez a le premier rôle dans le téléfilm Another Cinderella Story en tant que Mary Santiago. Elle a également interprété la bande originale du film. En 2009, elle joue dans les Disney Channel Original Movie- Princess Protection Program et Les Sorciers de Waverly Place : Le Film. Selena Gomez apparaît ensuite comme guest-star dans une série Disney Channel (Sonny with a chance) et prête sa voix à la « Princesse Sélénia » (comme remplacement de la chanteuse Madonna) dans le film d'animation Arthur et la Vengeance de Maltazard (2009).
En 2010, elle obtient son premier rôle au cinéma en interprétant Beatrice « Beezus » Quimby dans le film Ramona and Beezus. Elle tourne ensuite dans le film Monte Carlo avec Leighton Meester et Katie Cassidy. En 2011, elle et son groupe apparaissent comme guest-star dans la série So Random ! et une représentation de Who Says y est donnée. En mai 2012, Selena jouera dans un nouveau film, 13 Reasons Why, un thriller prévu pour 2013.Elle serait également pressentie pour jouer le rôle de Charlotte dans Sex and the city 3.