La gran oportunidad de Pempengco llegó en 2006, cuando fue elegida para el papel de "Nora Clark" en la película de danza "Step Up". La película fue un éxito comercial, recaudando más de 114 millones de dólares en todo el mundo. La actuación de Pempengco en la película fue aclamada por la crítica y fue nominada a un premio MTV Movie Award por "Mejor interpretación revelación".
Tras el éxito de "Step Up", Pempengco protagonizó varias otras películas y programas de televisión, entre ellos "Bring It On:In It to Win It" (2007), "The LXD:The Legion of Extraordinary Dancers" (2008) y "Sueños americanos" (2008). También apareció en los vídeos musicales de "Umbrella" de Rihanna y "Disturbia" de Rhianna.
En 2010, Pempengco debutó como directora con el cortometraje "El otro lado del espejo". La película se proyectó en varios festivales de cine, incluido el Festival de Cine de Sundance y el Festival Internacional de Cine de Toronto.
Además de su carrera como actriz y directora, Pempengco también es bailarina y cantante. Ha lanzado dos álbumes, "Charice" (2008) e "Infinity" (2009). También ha realizado giras por el mundo, actuando en conciertos y festivales.
En los últimos años, Pempengco ha hecho la transición a una imagen y un nombre más neutrales en cuanto al género, y ahora se identifica como una mujer transgénero. Ha hablado sobre su experiencia como persona transgénero y se ha convertido en defensora de los derechos LGBTQ+.