1985 год приносит Генсбур официальное признание в среде кинематографистов. Юная дебютантка принимает участие в картине «Effrontée» («Дерзкая девчонка») Клода Миллера. За роль в семейной драме ей дают премию «Сезар», как самой многообещающей исполнительнице. Дальше новой звездочке предстоит подтверждать, что награда нашла свою героиню не случайно. В этом ей помог дядя Эндрю Биркин. Его кинодрама «Цементный сад» (1992), где снялась племянница, прошла с успехом по мировым экранам. Снова трагический сюжет, смерть родителей, инцест между братьями и сестрами. В общем, унылые будни популярного коммерческого кино.

На Шарлотту посыпались предложения режиссеров, в основном это были роли в драматических произведениях. Уверенная игра в фильме «Рождественский пирог» (1999) принесла ей еще одного «Сезара» – за «Лучшую роль второго плана». В 2000 году за роль  , как лучшую актрису и вручают главную премию во французском кинематографе «Сезар». Раньше она попадала в номинации на престижный приз за игру в «Маленькой воровке» (1989) и «Любовь etc.» (1997).

Мексиканский режиссер Алехандро Гонсалес Иньярриту, поклонник Сержа Генсбура, занимает европейскую кинозвезду в съемках картины «21 грамм» (2003). Дочь произвела на Алехандро не меньшее впечатление, чем отец. У актрисы среди режиссеров появляется преданный поклонник.

В другой драме «Лемминг» (2006) зрителям представили дуэт двух Шарлотт – Генсбур и Рэмплинг. В этом же году в мировой прокат выходит нашумевший проект корифея кино, обладателя «Оскара», Мишеля Гондри. После съемок у Гондри в картине-шедевре «Наука сна» актриса и просыпается, и засыпает знаменитой. В 2009 году на Генсбур обратил внимание легендарный режиссер Ларс Фон Триер. Блестяще сыграв в его фильме «Антихрист», Шарлотта удостаивается звания лучшей актрисы на кинофестивале в Каннах. Их сотрудничество продолжилось.

В 2011 году европейские ценители современного кино поддались – новой картине Ларса фон Триера с участием Генсбур. Кроме кинокарьеры Шарлотта прославилась как певица и автор песен. Отец-шансонье записал с дочерью скандально известную песню «Lemon Incest» (1984). Пение актрисы прозвучало в нескольких фильмах, в том числе «Шарлотта навсегда», «Один уходит – другой остается».

Хрипловатый, хрупкий голос актрисы дополнял ее образ на экране. Занятия музыкой привели ее в группу Air. Пение Генсбур иногда сравнивают с мурлыканьем. Негромкий голос Шарлотты обволакивает, медленно согревая своим невесомым теплом. В некоторых песнях вокал солистки настолько слаб, что сравним со сценическим шепотом (Stage Whisper).

 Впервые Шарлотта «намурлыкала» сольный альбом «Charlotte for Ever» в 1986 году. Инициатором и продюсером записи композиций стал ее отец. В 2005-м певица выпустила диск «L’une reste, l’autre part», за ним последовал альбом 5:55 (2006). На ее счету сольник IRM, выпущенный в 2009 году (продюсер – Beck). И самое свежее пополнение в дискографии актрисы – альбом «Stage Whisper» (2012). Внешность Шарлотты, казалось бы, не для глянцевых журналов, но из нее вышла популярная фотомодель. Марка Gerard Darel сделала ее своей представительницей в 2003 году.

Бренд Balenciaga избрал Шарлотту для рекламы аромата Balenciaga Paris, а некоторое время она была лицом Balenciaga. Креативный директор Николя Гескьер закрепил за Шарлоттой звание своей музы, и фотомодель дефилирует на публике в платьях союзного бренда.