Velký zlom Pempengco nastal v roce 2006, kdy byla obsazena do role "Nory Clark" v tanečním filmu "Step Up". Film byl komerčním úspěchem a celosvětově vydělal přes 114 milionů dolarů. Výkon Pempengco ve filmu byl kriticky oceněn a byla nominována na MTV Movie Award za „nejlepší průlomový výkon“.
Po úspěchu „Step Up“ hrál Pempengco v několika dalších filmech a televizních pořadech, včetně „Bring It On:In It to Win It“ (2007), „The LXD:The Legion of Extraordinary Dancers“ (2008) a "Americké sny" (2008). Objevila se také v hudebních videích pro „Umbrella“ od Rihanny a „Disturbia“ od Rhianny.
V roce 2010 Pempengco debutovala jako režisérka krátkým filmem „The Other Side of the Mirror“. Film byl promítán na několika filmových festivalech, včetně filmového festivalu Sundance a Mezinárodního filmového festivalu v Torontu.
Kromě své herecké a režisérské kariéry je Pempengco také tanečnicí a zpěvačkou. Vydala dvě alba, „Charice“ (2008) a „Infinity“ (2009). Procestovala také svět, vystupovala na koncertech a festivalech.
V posledních letech Pempengco přešla na genderově neutrálnější image a jméno a nyní se identifikuje jako transgender žena. Promluvila o své zkušenosti jako transgender osoba a stala se obhájkyní práv LGBTQ+.