Cailey Fleming fait ses débuts au cinéma en incarnant Rey (Daisy Ridley) enfant dans Star Wars: Episode VII - Le réveil de la Force. Alors qu'elle trouve un sabre laser dans un coffre, Rey a une vision d'elle petite en train de crier "Reviens !" à un vaisseau spatial qui s'envole. Après des apparitions dans des longs métrages confidentiels (The Book of Love, Armed Response, Hover), elle décroche un petit rôle dans les séries Preacher et Better Things.

En 2018, elle apparaît au casting du film d'action de Pierre Morel, Peppermint, dans lequel elle incarne la fille de Jennifer Garner (qui se fait assassiner au début du film). La même année elle décroche le rôle de Judith Grimes (la fille de Andrew Lincoln) dans la neuvième saison de The Walking Dead.  Si jusqu'à présent le personnage - apparu pour la première fois dans la saison 3 - n'avait pas beaucoup d'importance, elle devrait désormais être au centre de la nouvelle saison de la série d'AMC.