La vârsta de opt ani, Michele a mers cu o prietenă la un casting pentru un musical. Ea a decis pe neașteptate că vrea să încerce. I s-a oferit rolul și și-a făcut debutul pe Broadway în 1995, ca înlocuitoare în rolul tinerei Cosette în spectacolul Les Misérables din New York City. Apoi, în 1998, a jucat rolul fiicei lui Tateh, Fetița, în distribuția originală de pe Broadway a spectacolului Ragtime. În 2004, Michele a jucat rolul lui Shprintze și Chava în reluarea pe Broadway a musicalului Fiddler on the Roof. De asemenea, ea a cântat în înregistrarea distribuției din 2003 a piesei Fiddler on the Roof pentru reluarea de pe Broadway.
A interpretat rolul Wendla în versiunea muzicală a lui Steven Sater și Duncan Sheik a spectacolului Spring Awakening, jucând în primele ateliere de la Off-Broadway și, în cele din urmă, jucând rolul în producția de pe Broadway la vârsta de 20 de ani. Cam în aceeași perioadă în care spectacolul urma să ajungă pe Broadway, i s-a oferit rolul Eponine în reluarea pe Broadway a spectacolului Les Misérables. Ea a decis să rămână cu Spring Awakening, care a debutat pe Broadway în decembrie 2006. A fost nominalizată la Drama Desk Award pentru interpretarea sa din Spring Awakening la categoria "Outstanding Actress in a Musical".
Pe 18 mai 2008, Michele a părăsit Spring Awakening împreună cu colegul de scenă Jonathan Groff. Ea a jucat într-o lectură a noului musical al lui Sheik și Sater, Nero, în iulie 2008, la Vassar College. Între 8 și 10 august 2008, ea a jucat rolul Eponine în concertul Les Misérables de la Hollywood Bowl. A cântat în înregistrările originale de pe Broadway ale pieselor Ragtime și Spring Awakening.
Michele joacă în serialul de televiziune Glee de la Fox, unde o interpretează pe cântăreața vedetă a clubului Glee din liceu, Rachel Berry. Episodul pilot a debutat la 19 mai 2009. Ea a câștigat un premiu Screen Actors Guild Award pentru interpretare remarcabilă în ansamblu și Premiul Satellite 2009 pentru cea mai bună actriță. De asemenea, a primit nominalizări la un premiu Emmy, două nominalizări la premiul Globul de Aur și Teen Choice Award pentru interpretarea rolului. Coverul ei al piesei "Gives You Hell" a celor de la The All-American Rejects a ajuns în top 40 în US Billboard 200. Michele este cântăreața principală în 14 dintre cele mai bine vândute 20 de cântece din Glee, începând cu 2010.
Michele a fost inclusă de revista Time în 2010 pe lista celor mai influenți 100 de oameni din lume. FHM a numit-o pe locul 7 pe lista celor mai sexy femei din 2010, aceasta fiind cea mai bună clasare pentru o nouă intrare pe listă în acel an. Michele a fost inclusă pe lista celor mai bine îmbrăcate din 2010 a revistei People Magazine ca "The Newbie" și a fost votată "2010 Most Stylish Star" de către E! Online.
În 2010, Michele s-a alăturat distribuției filmului de animație Dorothy of Oz, dând voce rolului principal al lui Dorothy Gale. În același an, s-a alăturat distribuției comediei romantice New Year's Eve, de Garry Marshall.
Înainte de Super Bowl XLV, pe 6 februarie 2011, a cântat "America the Beautiful" cu Air Force Tops In Blue.