En 2002, Satsuma se mudó a Los Ángeles y participó en el rodaje de algunos programas comerciales de televisión y representaciones teatrales. Summer realmente consiguió su primer papel en una serie de televisión en "Angel" (Ángel). Dado que al equipo le faltaba una actriz para interpretar el papel de bailarina, Satsuma naturalmente obtuvo el papel. Allí pudo demostrar su técnica y su formación de ballet. Después de una serie de papeles teatrales, Summer llamó la atención del productor Joss Whedon tras protagonizar "El último ángel", y este la reclutó para el elenco de "Firefly" para interpretar a uno de los protagonistas (River Tam). En este programa épico de ciencia ficción y western, ella interpreta a un personaje verdaderamente dañado en la nueva serie de Whedon, Firefly.
"Lo que me gusta de mí es que no tiene muchas líneas. Especialmente en la serie, tiene que ser capaz de demostrar que está pensando simplemente por la forma en que se mueve o "Por cómo se mueve su cara, creo que eso me ha ayudado mucho como actriz", dijo. Después de terminar de filmar "Firefly", Summer fue estrella invitada en series de televisión como "CSI" y "The 4400". SummerGlau también actuó como estrella invitada en Cold Case, apareció en Sleepover; asumió papeles en The Initiation of Sarah and Mammoth.