După câteva roluri mici în filme, el a fost distribuit, la 10 ani, în “Baiatul în pijama vargata” (2008), fiind personajul Bruno, pentru care a primit nominalizări la British Independent Film Award și din partea London Film Critics Circle Award pentru „cel mai bun tânăr actor britanic” la vârsta de 11 ani. 

De atunci, el a fost apreciat pentru rolurile sale majore în Hugo (2011) și Jocul lui Ender (2013), precum și pentru alte roluri importante precum Nathan în X + Y (2014), Jude în 10.000 Saints (2015), Jake în Copiii domnisoarei Peregrine: Între două lumi (2016), Gardner Elliot în The Space Between Us (2017), Norman in Nanny McPhee – Marea infruntare (2010) și Mordred în Aventurile lui Merlin pentru BBC (2008).

Asa Butterfield a spus ca este bucuros citind o carte ori cand se joaca la PC si incearca sa nu permita actoriei sa-i domine intreaga viata.

În 2018, Butterfield a fost distribuit în rolul principal al lui Otis Milburn în serialul de comedie-dramă Netflix, Sex Education.

Asa Butterfield: „Otis este singurul copil al doi terapeuți sexuali, Jean și Remi. Acum, părinții lui sunt divorțați, el locuiește cu Jean și a crescut ascultând ședințele ei de terapie la domiciliu prin crăpături în pardoselile sale. Această supraexpunere, combinată cu trauma timpurie a mersului pe tatăl său, Remi, înșelându-l pe Jean cu un client de terapie, i-au oferit lui Otis o fobie a propriei sale sexualități. Fericit cu darul înțelegerii sexuale intuitive, blestemat cu incapacitatea de a face orice în acest sens. Lăudarea sa incredibilă de cunoștințe despre sexualitatea umană este atât super-puterea, cât și kriptonita. Apoi Otis este în atenția lui Maeve, care își schimbă veșnic privirea asupra sexului. ”

Pe lângă actorie, Butterfield este activ ca muzician și producător de muzică și a co-proiectat un joc video pentru Apple.

La sfârșitul anului 2012, Butterfield a proiectat împreună cu tatăl și fratele său un joc video pentru iPad, Racing Blind. Jocul a fost lansat în App Store pe 7 aprilie 2013.