Ia paling dikenal karena perannya sebagai seorang yatim piatu dari Dinasti Nguyen yang dijadikan anak angkat oleh pemilik penanaman Prancis dalam epik Prancis 1992 pemenang OscarIndochine, yang dibintangi bersama dengan Catherine Deneuve. Pham meraih sebuah nominasi César untuk aktris paling menjanjikan untuk penampilan tersebut.
Selain tampil dalam beberapa produksi lainnya setelahnya, Pham kemudian mengambil cuti selama beberapa waktu dari dunia akting untuk berfokus pada pembelajarannya. Ia mempelajari bidang komersial dan bekerja sebagai manajer pemasaran senior di Vietnam setelah kelulusan.
Pada 2000, ia menikah dengan Andrew Huntley, seorang banker investasi Inggris yang ia temui ketika mereka tinggal di Ho Chi Minh City.
Pada 2005, Pham kembali berakting dengan berperan dalam film Prancis pemenang Penghargaan BAFTA dan CésarThe Beat That My Heart Skipped, bersama dengan Romain Duris yang membuatnya dinominasikan kembali untuk penghargaan aktris paling menjanjikan César (dan menang). Kerabat-kerabatnya dalam berbicara dalam bahasa Vietnam, dan meskipun beberapa orang percaya bahwa ia memerankan sebuah karakter Tionghoa karena ia berkenalan dengan seorang teman musisi Tionghoa yang ia kenal dari Beijing, pada kenyataannya ia berperan sebagai orang Vietnam untuk mempelajari musik di konservatorium di Beijing. Dalam hal perfilman, temannya mengklaim bahwa ia dapat berbicara dalam bahasa Tionghoa, Vietnam, dan sedikit bahasa Inggris. Pada kenyataannya, Pham dapat berbicara dalam bahasa Prancis, Inggris dan Vietnam.
Pada tahun yang sama, Pham tampil pada acara varietas musik diaspora Vietnam (Trung Tam Asia) dimana ia diberi penghormatan karena perannya.
Ia membintangi produksi Vietnam pertama dimana ia tampil sebagai Cam dalam film 2009 Adrift ("Chơi vơi") karya sutradara Bui Thac Chuyen, yang memenangkan penghargaan FIPRESCI di Festival Film Internasional Venesia ke-66. Film tersebut menampilkan masalah-masalah sosial dan pribadi di Vietnam pada masa sekarang, yang tidak sering ditampilkan dalam sinema Vietnam, seperti homoseksualitas dan penyendirian. Dalam film tersebut, Pham berbicara dalam bahasa Vietnam dengan aksen Utara.
Ia juga melakukan penampilan cameo dalam film thriller aksi yang diproduksi oleh The Wachowskis pada 2010 yang berjudul Ninja Assassin, dengan berperang sebagai seorang pembunuh yang dikirim ke pahlawan yang dibunuh pada film tersebut yang diperankan oleh penyanyi Korea Rain.
