La interpretación de Tilda Cobham-Hervey de "Billie" en el largometraje 52 Martes es considerada una de las actuaciones destacadas del Festival de Cine de Sundance de 2014. Variety la llamó "una recién llegada completamente seductora, bendecida con una belleza poco convencional y un encanto natural", y la película ganó el premio a la Mejor Directora en el World Dramatic Competition.

El segundo largometraje de Tilda, One Eyed Girl, la vio interpretar al personaje principal en este thriller cinematográfico.

En 2016, Tilda apareció en el largometraje La Chica dormida de la directora Rosemary Myers, que se estrenó en el Festival de Cine de Adelaida y se presentó en competición en el Festival de Cine de Berlín. También en 2016, Tilda hizo su debut televisivo en dos miniseries de alto perfil: The Kettering Incident, junto a Elizabeth Debicki, y también en Barracuda, interpretando a la hija de Rachel Griffith para ABC. Posteriormente, Tilda fue nominada para el Premio a actriz revelación en los Logies 2017.

2016 fue un año ajetreado para Tilda, ya que también hizo su debut en el teatro para la State Theatre Company of South Australia en el estreno mundial de la nueva obra de Andrew Bovell, Things We Know To Be True, una coproducción con la compañía de teatro de renombre internacional. Frantic Assembly del Reino Unido. Tilda fue nominada a Mejor actriz de reparto en los premios Helpmann 2017 por esta actuación.

A principios de 2017, Tilda completó el rodaje de Hotel Mumbai, junto a Armie Hammer y Dev Patel con Anthony Maras. Tilda interpreta el papel de "Sally". Hotel Mumbai se estrenó en el Festival de Cine de Toronto en 2018 cosechando grandes éxitos.
También en 2017, Tilda escribió y dirigió un cortometraje, Una guía de campo para ser una niña de 12 años, que ganó el Oso de cristal en la sección Generations K-Plus en la Berlinale 2018.

En 2018, Tilda apareció en la serie web Closer Productions para ABC, F ** king Adelaide. También filmó dos papeles principales en las películas estadounidenses Burn, dirigida por Mike Gan y también protagonizada por Josh Hutcherson y Suki Waterhouse, y Plume, dirigida por Cameron Van Hoy y también protagonizada por Danny Zovatto.

Este año, Tilda acaba de terminar de filmar Lone Wolf, dirigida por Jonathan Ogilvie y protagonizada junto a Hugo Weaving y Marlon Williams.

Tilda es considerada una de las estrellas emergentes del Festival de Cine de Toronto 2019 por su papel en I am Woman.