Charpentier từng là trợ giảng đại học tại Curie từ năm 1993 đến năm 1995 và là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Viện Pasteur từ năm 1995 đến năm 1996. Bà chuyển đến Mỹ và làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Rockefeller ở New York từ năm 1996 đến năm 1997. Trong thời gian này, Charpentier làm việc trong phòng thí nghiệm của nhà vi sinh vật học Elaine Tuomanen.[6] Phòng thí nghiệm của Tuomanen đã nghiên cứu cách vi khuẩn gây bệnh Streptococcus pneumoniae sử dụng các yếu tố di truyền di động để thay đổi bộ gen của nó. Charpentier cũng giúp chứng minh cách S. pneumoniae phát triển khả năng kháng vancomycin.[7]

Bà làm trợ lý nghiên cứu khoa học tại Trung tâm y tế NYU Langone từ năm 1997 đến năm 1999. Ở đó, Charpentier làm việc trong phòng thí nghiệm của Pamela Cowin, một nhà sinh học tế bào da quan tâm đến thao tác gen của động vật có vú. Charpentier đã xuất bản một bài báo khám phá quy định của sự phát triển lông ở chuột.[8] Bà đảm nhiệm vị trí Nghiên cứu viên tại Bệnh viện Nghiên cứu Trẻ em St. Jude và tại Viện Skirball về Y học phân tử sinh học[9] ở New York từ năm 1999 đến năm 2002.[4]

Sau 5 năm ở Hoa Kỳ, bà trở lại châu Âu và trở thành trưởng phòng thí nghiệm và là giáo sư khách mời tại Viện Vi sinh vật và Di truyền, Đại học Vienna từ năm 2002 đến năm 2004. Năm 2004, Charpentier đã công bố khám phá của mình về một phân tử RNA liên quan đến việc điều hòa tổng hợp yếu tố độc lực ở Streptococcus pyrogenes.[10] Từ năm 2004 đến năm 2006, bà là trưởng phòng thí nghiệm và là phó giáo sư tại Khoa Vi sinh và Miễn dịch học. Năm 2006, Charpentier trở thành docent tư nhân (vi sinh vật học) và nhận được vị trí HDR tại Trung tâm Sinh học Phân tử. Từ năm 2006 đến năm 2009, bà là trưởng phòng thí nghiệm và Phó giáo sư tại Phòng thí nghiệm Max F. Perutz.[4]

Charpentier chuyển đến Thụy Điển và trở thành trưởng phòng thí nghiệm kiêm phó giáo sư tại Phòng thí nghiệm Y học Nhiễm trùng Phân tử Thụy Điển (MIMS), tại Đại học Umeå. Bà đã giữ các vị trí này từ năm 2009 đến năm 2014 và được thăng chức làm Trưởng phòng thí nghiệm với tư cách là Giáo sư thỉnh giảng vào năm 2014. Bà chuyển đến Đức để làm trưởng khoa và là Giáo sư W3 tại Trung tâm Nghiên cứu Nhiễm trùng Helmholtz [11] ở Braunschweig và Trường Y Hannover từ năm 2013 đến năm 2015. Năm 2014, bà trở thành Giáo sư Alexander von Humboldt.[4]

Năm 2015, Charpentier chấp nhận lời đề nghị từ Hiệp hội Max Planck của Đức để trở thành một thành viên khoa học của hiệp hội này và là giám đốc tại Viện Sinh học Nhiễm trùng Max Planck ở Berlin.[4] Từ năm 2016, Emmanuelle là Giáo sư Danh dự tại Đại học Humboldt Berlin ở Berlin,[4] và kể từ năm 2018, cô là Giám đốc Sáng lập và Quyền Giám đốc Đơn vị Max Planck về Khoa học Tác nhân gây bệnh.[12][13] Charpentier vẫn giữ chức vụ Giáo sư thỉnh giảng tại Đại học Umeå cho đến cuối năm 2017, nơi một khoản tài trợ mới từ Kempe Foundations và Knut and Alice Wallenberg Foundation đã mang lại cho bà cơ hội để đưa nhiều vị trí nghiên cứu viên trẻ hơn vào trong các nhóm nghiên cứu của Phòng thí nghiệm MIMS.[14]