Veľký zlom Pempengco nastal v roku 2006, keď bola obsadená do úlohy „Nory Clark“ v tanečnom filme „Step Up“. Film mal komerčný úspech a celosvetovo zarobil vyše 114 miliónov dolárov. Výkon Pempengco vo filme bol kriticky uznávaný a bola nominovaná na MTV Movie Award za „Najlepší prelomový výkon“.
Po úspechu „Step Up“ si Pempengco zahrala v niekoľkých ďalších filmoch a televíznych reláciách, vrátane „Bring It On:In It to Win It“ (2007), „The LXD:The Legion of Extraordinary Dancers“ (2008) a "Americké sny" (2008). Objavila sa aj vo videoklipoch k skladbe „Umbrella“ od Rihanny a „Disturbia“ od Rhianny.
V roku 2010 Pempengco debutovala ako režisérka krátkym filmom „The Other Side of the Mirror“. Film bol premietaný na niekoľkých filmových festivaloch vrátane Sundance Film Festival a Medzinárodného filmového festivalu v Toronte.
Okrem hereckej a režisérskej kariéry je Pempengco aj tanečnicou a speváčkou. Vydala dva albumy „Charice“ (2008) a „Infinity“ (2009). Precestovala aj svet, vystupovala na koncertoch a festivaloch.
V posledných rokoch Pempengco prešla na rodovo neutrálnejší imidž a meno a teraz sa identifikuje ako transgender žena. Hovorila o svojich skúsenostiach ako transrodová osoba a stala sa zástankyňou práv LGBTQ+.