Pempengcon suuri murros tuli vuonna 2006, kun hänet valittiin "Nora Clarkin" rooliin tanssielokuvassa "Step Up". Elokuva oli kaupallinen menestys, ja se tuotti maailmanlaajuisesti yli 114 miljoonaa dollaria. Pempengcon esitys elokuvassa sai kriitikoiden ylistämää, ja hän oli ehdolla MTV Movie Award -palkinnon saajaksi "Best Breakthrough Performance".
"Step Up" -elokuvan menestyksen jälkeen Pempengco näytteli useissa muissa elokuvissa ja televisio-ohjelmissa, mukaan lukien "Bring It On:In It to Win It" (2007), "The LXD:The Legion of Extraordinary Dancers" (2008) ja "American Dreams" (2008). Hän esiintyi myös musiikkivideoissa Rihannan "Umbrella" ja Rhiannan "Disturbia".
Vuonna 2010 Pempengco teki ohjaajan debyyttinsä lyhytelokuvalla "Peilin toinen puoli". Elokuva esitettiin useilla elokuvafestivaaleilla, mukaan lukien Sundance Film Festival ja Toronto International Film Festival.
Näyttelijä- ja ohjausuransa lisäksi Pempengco on myös tanssija ja laulaja. Hän on julkaissut kaksi albumia, "Charice" (2008) ja "Infinity" (2009). Hän on myös kiertänyt maailmaa esiintyen konserteissa ja festivaaleilla.
Viime vuosina Pempengco on siirtynyt sukupuolineutraalimpaan kuvaan ja nimeen, ja nyt hän tunnistaa itsensä transsukupuoliseksi naiseksi. Hän on puhunut avoimesti kokemuksestaan transsukupuolisena ihmisenä ja hänestä on tullut LGBTQ+ -oikeuksien puolestapuhuja.