W wieku 11 lat wzięła udział w castingu do serialu Hannah Montana stacji telewizyjnej Disney Channel, opowiadającego o nastolatce, która skrywa w tajemnicy przed światem swoją drugą tożsamość – popularną piosenkarkę. Początkowo ubiegała się o rolę najlepszej przyjaciółki tytułowej bohaterki, jednak otrzymała propozycję wcielenia się w główną postać[18]. Choć producenci najpierw odrzucili ją ze względu na zbyt niski wiek[19], ostatecznie powierzyli jej rolę ze względu na umiejętności aktorskie i wokalne. Postać otrzymała nazwisko Miley Stewart, a Billy Ray Cyrus został obsadzony w roli ojca Stewart[20]. Premierowy odcinek sitcomu został wyemitowany 24 marca 2006, gromadząc największą widownię telewizyjną w historii pierwszych odcinków seriali Disney Channel, tj. 5,4 mln osób. Już podczas pierwszego sezonu serial stał się drugim najlepiej oglądanym programem w Stanach Zjednoczonych w grupie wiekowej 6–14, ustępując tylko talent show American Idol[21].
4 kwietnia 2006 ukazała się składanka piosenek pt. Disneymania 4, na której znalazł się cover utworu „Zip-a-Dee-Doo-Dah” w wykonaniu Cyrus[22]. 17 lipca 2006 został wydany utwór „Stand” Cyrusa z gościnnym udziałem jego córki[23]. Od 15 września do 15 października 2006 piosenkarka koncertowała jako support podczas północnoamerykańskiej trasy The Party’s Just Begun Tour girls bandu Cheetah Girls, występując jako Hannah Montana i śpiewając piosenki z serialu[24].
24 października 2006 wytwórnia Walt Disney Records wydała ścieżkę dźwiękową Hannah Montana z muzyką z serialu. Album, jako pierwszy w historii z muzyką do programu telewizyjnego, zadebiutował na pierwszym miejscu amerykańskiej listy sprzedaży Billboard 200[25]. W samych Stanach jego sprzedaż przekroczyła 3,7 mln egzemplarzy, co przełożyło się na certyfikat potrójnej platyny[26]. Po sukcesie ścieżki dźwiękowej Cyrus podpisała z należącą do The Walt Disney Company wytwórnią Hollywood Records kontrakt na cztery albumy pod własnym nazwiskiem[27]. 26 czerwca 2007 odbyła się premiera podwójnego albumu Hannah Montana 2/Meet Miley Cyrus, na którym pierwszy dysk, Hannah Montana 2, był ścieżką dźwiękową do drugiego sezonu serialu, zaś drugi, Meet Miley Cyrus, debiutanckim albumem studyjnym Cyrus. Wydawnictwo, podobnie jak poprzednie, zadebiutowało na pierwszym miejscu Billboard 200 i pokryło się w Stanach potrójną platyną[28][29]. Promujący go singel „See You Again” dotarł do 10. miejsca amerykańskiej listy przebojów Hot 100 tygodnika „Billboard”[30].
Cyrus podczas gali MTV Video Music Awards 2008
17 sierpnia 2007 na Disney Channel odbyła się premiera filmu High School Musical 2, w którym Cyrus wystąpiła w roli cameo[31]. Zaraz po nim został wyemitowany odcinek Hannah Montany, który zgromadził największą widownię w historii seriali amerykańskiej telewizji kablowej[32]. 10 października 2007 ukazał się „Ready, Set, Don’t Go”, pierwszy singel Cyrus pod własnym nazwiskiem, który nagrała w duecie z ojcem[33]. 18 października 2007 piosenkarka wyruszyła w swoją pierwszą trasę koncertową Best of Both Worlds Tour[34]. Przez pierwszą część każdego koncertu występowała jako Hannah Montana, prezentując muzykę z serialu, a w drugiej wykonywała własne utwory[35]. Trasa trwała do 31 stycznia 2008, obejmując występy w Stanach Zjednoczonych i kanadyjskim Toronto[36]. Bilety na każdy z koncertów zostały wyprzedane w kilka minut[37], a ostateczny dochód brutto przekroczył 54 mln dolarów amerykańskich[38].
1 lutego 2008 do kin wszedł film koncertowy Hannah Montana & Miley Cyrus: Best of Both Worlds Concert[39], z którego dochód przekroczył 70 mln dol., co było rekordem spośród wszystkich dotychczasowych koncertów kinowych[40]. 11 marca 2008 odbyła się premiera albumu koncertowego Best of Both Worlds Concert[41]. 30 marca 2008 Cyrus otrzymała za rolę w Hannah Montanie nagrodę Young Artist Award dla najlepszej młodej aktorki pierwszoplanowej w serialu telewizyjnym[42]. 22 lipca wydała album pt. Breakout, który zadebiutował na pierwszym miejscu Billboard 200[43] i rozszedł się w ponad 1,5 mln egzemplarzach w USA[44]. Promujący go singel „7 Things” zajął dziewiąte miejsce na Hot 100[30]. 17 listopada 2008 na ekrany kin wszedł film animowany Piorun, w którym Cyrus wystąpiła w roli dubbingowej jako Penny. Ponadto wraz z Johnem Travoltą nagrała na potrzeby produkcji utwór „I Thought I Lost You”, dzięki któremu została nominowana do Złotego Globa za najlepszą piosenkę[45].