Formuła 3 W 2005 roku Kimball przeniósł się do Formuły 3. Tu startował głównie w Brytyjskiej Formule 3. Spośród 22 wyścigów zwyciężył w pięciu, a trzynastokrotnie stawał na podium. Pozwoliło mu to ukończyć sezon z tytułem wicemistrzowskim. Rok później awansował już do Formuły 3 Euroseries, gdzie wygrał jeden wyścig. Uzbierane 31 punktów dało mu 11 lokatę w klasyfikacji. Do Formuły 3 Euroseries Amerykanin wrócił w 2008 roku. Wtedy jednak stanął tylko raz na podium. Ostatecznie był siedemnasty.
Formuła Renault 3.5 Na sezon 2007 Charlie podpisał kontrakt z włoską ekipą Victory Engineering na starty w Formule Renault 3.5. W ciągu dwunastu wyścigów zdobył siedem punktów. Dało mu to 24. miejsce w klasyfikacji kierowców.
IRL IndyCar Series Od 2011 roku Amerykanin startuje w amerykańskiej serii IndyCar. W 2012 roku po raz pierwszy stanął na podium, a w 2013 odniósł swoje pierwsze zwycięstwo w tej serii.