Gomezin musiikkiura alkoi, kun hän äänitti tunnuskappaleen Wizards of Waverly Place -soundtrackille vuonna 2007. Sitten hän allekirjoitti levytyssopimuksen Hollywood Recordsin kanssa ja julkaisi debyyttialbuminsa Kiss &Tell vuonna 2009, joka oli kaupallinen menestys.
Hänen myöhemmät albuminsa, mukaan lukien "A Year Without Rain" (2010), "When the Sun Goes Down" (2011) ja "Stars Dance" (2013), tekivät hänestä menestyneen laulajan. Vuosien varrella hän teki yhteistyötä useiden artistien, kuten Justin Bieberin, Zeddin ja Marshmellon, kanssa ja julkaisi lukuisia hittisinglejä.
Soolouransa lisäksi Gomez on osallistunut useisiin musiikkiyhteistyöhön ja toiminut joidenkin elokuviensa ääniraitojen vastaavana tuottajana. Hänen musiikkiuransa on kasvanut rinnakkain näyttelijän uran kanssa, ja hän julkaisee edelleen uutta musiikkia ja esiintyy laulajana.