I 2013 fikk hun en rolle i den populære CBS-komiserien , hvor hun spilte The Mother (kreditert som «The Girl with Yellow Umbrella»). Hun opptrer for første gang i den siste episoden av den åttende sesongen, med tittelen «Something New» og ble forfremmet til en hovedrolleinnhaver for seriens niende og siste sesong. Milioti portretterte Jordan Belforts (spilt av Leonardo DiCaprio) første kone, Teresa Petrillo, i Martin Scorseses komediefilm , som ble utgitt i USA den 25. desember 2013.