La grande occasione per Pempengco è arrivata nel 2006, quando è stata scelta per il ruolo di "Nora Clark" nel film sulla danza "Step Up". Il film è stato un successo commerciale, incassando oltre 114 milioni di dollari in tutto il mondo. La performance di Pempengco nel film è stata acclamata dalla critica ed è stata nominata per un MTV Movie Award come "Miglior performance rivoluzionaria".
Dopo il successo di "Step Up", Pempengco ha recitato in molti altri film e programmi televisivi, tra cui "Bring It On:In It to Win It" (2007), "The LXD:The Legion of Extraordinary Dancers" (2008) e "Sogni americani" (2008). È apparsa anche nei video musicali di "Umbrella" di Rihanna e "Disturbia" di Rhianna.
Nel 2010, Pempengco ha fatto il suo debutto alla regia con il cortometraggio "The Other Side of the Mirror". Il film è stato proiettato in diversi festival cinematografici, tra cui il Sundance Film Festival e il Toronto International Film Festival.
Oltre alla carriera di attrice e regista, Pempengco è anche ballerina e cantante. Ha pubblicato due album, "Charice" (2008) e "Infinity" (2009). Ha anche girato il mondo, esibendosi in concerti e festival.
Negli ultimi anni, Pempengco è passata a un’immagine e a un nome più neutrali rispetto al genere e ora si identifica come una donna transgender. Ha parlato della sua esperienza come persona transgender ed è diventata sostenitrice dei diritti LGBTQ+.