Pempengco nagy áttörése 2006-ban következett be, amikor a "Step Up" című táncfilmben "Nora Clark" szerepére osztották. A film kereskedelmi sikert aratott, világszerte több mint 114 millió dollár bevételt hozott. Pempengco teljesítményét a filmben a kritikusok dicsérték, és jelölték az MTV Movie Award-ra a "Legjobb áttörést jelentő előadás" kategóriában.
A „Step Up” sikerét követően Pempengco számos más filmben és televíziós műsorban is szerepelt, köztük a „Bring It On:In It to Win It” (2007), „The LXD:The Legion of Extraordinary Dancers” (2008) és "Amerikai álmok" (2008). Feltűnt Rihanna "Umbrella" és Rhianna "Disturbia" című klipjeiben is.
Pempengco 2010-ben debütált rendezőként a "The Other Side of the Mirror" című rövidfilmmel. A filmet több filmfesztiválon is bemutatták, köztük a Sundance Filmfesztiválon és a Torontói Nemzetközi Filmfesztiválon.
Színészi és rendezői karrierje mellett Pempengco táncos és énekes is. Két albuma jelent meg, a "Charice" (2008) és az "Infinity" (2009). Bejárta a világot, koncerteken és fesztiválokon is fellépett.
Az elmúlt években Pempengco áttért egy nemileg semlegesebb képre és névre, és most transznemű nőként azonosítja magát. Beszélt transzneműként szerzett tapasztalatairól, és az LMBTQ+ jogok szószólója lett.