2015年10月，比莉·艾利什录制了歌曲《Ocean Eyes》，该曲最初是菲尼亚斯·奥康奈尔为他的乐队所做，比莉·艾利什的舞蹈老师被她随意哼唱的旋律所吸引，并为歌曲编排了舞蹈  ；11月，比莉·艾利什将《Ocean Eyes》发布到了SoundCloud上，该曲得到了新视镜唱片公司的关注  。

2016年6月，她又在网上发布了单曲《Six Feet Under》；11月，她签入了环球音乐旗下的新视镜唱片公司  ，并通过新视镜唱片将单曲《Ocean Eyes》进行全球正式发行，该曲在Spotify取得了累计1亿9400万的流媒体点击量。

2017年2月30日，发布单曲《Bored》，该曲是Netflix电视剧《十三个原因第一季》的原声歌曲；8月，推出了个人首张EP《Don't Smile at Me》 [3]  ；该专辑在公告牌专辑榜内停留了18周，取得了50亿Spotify流媒体量 ；9月，苹果音乐将比莉·艾利什称为“Up Next”艺人，并上线收录了3首现场歌曲的EP《Up Next Session: Billie Eilish》 ；年底，入围2018年BBC年度新声。

2018年，比莉·艾利什在欧美地区举办了首次个人巡回演唱会“wher's My Mind Tour” [4]  ；4月19日，与哈里德·罗宾逊为电视剧《十三个原因第二季》演唱的原声歌曲《Lovely》发行 [10]  ；10月，在美国俄勒冈州波特兰拉开了“1 by 1 tour”世界巡回演唱会的序幕 ；11月20日，推出单曲《Come Out and Play》，该曲被选为苹果圣诞短片《Share Your Gifts》的宣传曲，取得了超过1亿6000万的流媒体点击量   。

2019年1月，发行单曲《When I Was Older》，该曲被Netflix电影《罗马》的原声歌曲专辑收录  ；同月，确定担任英国独立摇滚乐队Florence + the Machine的巡演暖场嘉宾 ；3月24日，获得第32届美国儿童选择奖最受喜爱突破艺人   ；3月29日，个人首张录音室专辑《When We All Fall Asleep, wher Do We Go?》正式发行，该专辑取得了60多个国家的iTunes冠军  ，并以31.3万张的全美首周销量取得了公告牌专辑榜冠军，她也因此成为首个登顶该榜单的00后歌手   ；与此同时，《bad guy》作为专辑主打单曲发行  ；4月，担任美国科切
拉音乐艺术节的表演嘉宾 ；4月24日，展开第三次个人世界巡回演唱会“When We All Fall Asleep, World Tour”；5月，获得第36届ASCAP流行音乐奖先锋奖  ；7月12日，贾斯汀·比伯参与演唱的混音版《Bad Guy》正式上线   ；7月23日，第36届MTV音乐录影带大奖提名揭晓，比莉·艾利什获得9项提名   ；8月12日，在第21届青少年选择奖中获得最佳女艺人和最佳突破艺人两个奖项  ；8月20日，《bad guy》取得了美国公告牌百强单曲榜冠军，比莉·艾利什因此成为了第一个夺冠的00后歌手   ；8月26日，在MTV音乐录影带大奖颁奖典礼上获得最佳新人、年度推介新人歌手、最佳剪辑三个奖项  ；11月13日，发行单曲《everything i wanted》   ；11月25日，获得第47届全美音乐奖年度新人、最受欢迎另类摇滚歌手   ；12月12日，获颁2019美国公告牌年度女性称号  。