En 2016, elle a fait ses débuts sur scène à Broadway en interprétant le rôle principal de "Cendrillon" dans la comédie musicale éponyme. Son interprétation a été saluée par la critique et a valu à Charlotte sa première nomination aux Tony Awards.
En 2017, elle a signé un contrat d'enregistrement avec le label discographique RCA Records, qui a permis à Charlotte de sortir son premier album studio "Fly Away" en novembre de la même année. L'album a été un énorme succès commercial et critique, obtenant trois prix Grammy Awards.
En 2018, elle a joué le rôle principal dans le film biographique "Judy Garland: La Voix magique", pour lequel elle a reçu une nomination à l'Oscar de la meilleure actrice. Elle a également été invitée à chanter "The Star-Spangled Banner" lors de Super Bowl LII, ce qui a été un grand honneur pour elle et une expérience inoubliable.
En 2019, Charlotte a joué dans la mini-série télévisée "Big Little Lies", remplacant l'actrice Nicole Kidman dans le rôle de Celeste Wright. Son interprétation a été saluée par la critique et elle a reçu une nomination à l'Emmy Award pour sa performance.
En 2020, elle a sorti son deuxième album studio "Heartbeat", qui a été un succès commercial et critique également. L'album a été nominé pour quatre Grammy Awards et a valu à Charlotte son premier prix de l'American Music Awards pour la meilleure artiste pop/rock féminine.
Charlotte est connue pour son engagement dans la lutte contre le changement climatique, en particulier les causes écologistes qui sont importantes pour elle. Elle a également utilisé sa popularité pour promouvoir des actions positives, notamment en faveur de l'égalité des droits entre hommes et femmes et pour lutter contre la discrimination raciale.