Demi Lovato hat zwei Geschwister. Ihre fünf Jahre ältere Schwester Dallas Lovato, die auch Schauspielerin und Sängerin ist sowie eine zehn Jahre jüngere Stiefschwester namens Madison, die in der 5. Staffel von Desperate Housewives die Tochter von Gabrielle und Carlos Solis spielt. Ihre Mutter (geborene Spanierin), Deana Lovato, war als Teenager bei den Dallas Cowboys als Cheerleader aktiv. Demi Lovato besuchte die Grapevine-Colleyville Independent School.
Ihren ersten Auftritt hatte sie im Alter von zehn Jahren, als sie in der Kinderserie Barney und seine Freunde (Original: Barney & Friends) tätig war. Ihr Gesangstalent wurde ebenfalls gefördert. 2006 spielte sie in der Fernsehserien Prison Break und 2007 in Just Jordan Gastrollen. Im selben Jahr spielte sie eine Hauptrolle in der ersten Staffel der Disney-Serie As the Bell Rings. Ihren Durchbruch erreichte sie mit dem Disney Channel Film Camp Rock, wo sie an der Seite von Joe Jonas die Hauptrolle spielte. Hierbei wurden nicht nur ihre Schauspielfähigkeiten, sondern auch ihr Gesang auf die Probe gestellt.
Voraussichtlich im Januar 2009 kommt der Film Prinzessinnen Schutz Programm mit ihr und Selena Gomez in den Hauptrollen auf Disney Channel.