Yves Charpenel a été juge à Pointe-à-Pitre (1976-1978), très brièvement juge à Paris (1978), puis magistrat détaché au ministère de la Justice (1978-1987).
Il est nommé procureur-adjoint de la République à Évry (1987-1989) puis premier substitut à Créteil (1989-1991).
À compter de , il est avocat général à la Cour de cassation[5], affecté à la chambre criminelle. Le , il est nommé premier avocat général, toujours à la Cour de cassation[6], affecté à la 3e chambre civile. Il conserve ce poste jusqu’à sa retraite le [7].
Depuis , il est vice-président de l'Association nationale de la justice réparatrice. Cette structure propose de mettre en lien un auteur et une victime de crime ou de délit, dans l'objectif de lutter contre la récidive.
Par un arrêté d'Anne Hidalgo du [9], il est nommé Président de la Commission de déontologie des élus du Conseil de Paris[10].
Il a également, à la demande du ministère de la Justice, rendu en un rapport sur les crimes en série.
En 2022 il fonde « Ethics Génération », une structure « dédiée à la lutte contre la corruption, afin de sensibiliser nos concitoyens à l’importance de l’intégrité publique et privée comme essentielle dans la vie d’une démocratie »[12].
Le , Yves Charpenel est nommé au grade de chevalier dans l'ordre national de la Légion d'honneur puis fait chevalier de l'ordre le et promu le au grade d'officier dans l'ordre au titre de « premier avocat général à la Cour de cassation »[13].
Le , Yves Charpenel est nommé au grade d'officier dans l'ordre national du Mérite au titre de « procureur général près la cour d'appel de Reims ; 27 ans de services civils »[14], puis fait officier de l'ordre le et promu le au grade de commandeur dans l'ordre au titre de « premier avocat général honoraire à la Cour de cassation »[15].
En mars 2023, il est accusé par le journaliste néerlandais Stefan de Vries, dans le cadre de l'affaire dite des « notes de frais » d'Anne Hidalgo, d'avoir transmis à un journaliste du Journal du Dimanche le même document qu'à lui, alors qu'il le réclamait sans succès depuis plus de cinq ans, et n'avait pu l'obtenir qu'au prix d'une longue et coûteuse procédure judiciaire[16].
2006 : Les rendez-vous de la politique pénale : Concilier devoir de justice et exigence de sécurité, Paris, Armand Colin, coll. « Sociétales », série « Sécurité et démocratie », 319 p. (ISBN2-200-26976-5)
2008 : Notre justice pénale : Essai sur le pourquoi et le comment de la justice pénale, tout ce qu'il faut savoir et comprendre de la justice pénale, Boulogne, Timée, 365 p. (ISBN978-2-35401-077-5)
2010 : Cybercriminalité : Droit pénal appliqué, avec Myriam Quéméner, Paris, Economica, coll. « Pratique du droit », 273 p. (ISBN978-2-7178-5902-7)
2012 : La Justice Réparatrice: Quand victimes et coupables échangent pour limiter la récidive, avec Stéphane Jacquot, Paris, Éditions L'Harmattan, coll. « Question contemporaines », 132 p. (ISBN978-2-296-55916-5)
2012 : Le glaive & la rustine - 15 questions pour sortir la Justice française de l'impasse, Paris, Economica. (ISBN978-2-7178-6430-4)
2014 : L'ordre public judiciaire. La laque et le vernis, Paris, Economica, Coll. Ordre Public, (ISBN271786704X)
Colloque : L’impact des politiques migratoires sur la lutte contre la traite des êtres humains, orgénisé par le Collectif « Ensemble contre la traite des êtres humains », Paris, Maison du Barreau, .
Colloque : La place de l'autorité judiciaire dans les institutions, organisé par la Cour de cassation, Paris, Palais Bourbon, .
Colloque : Cyber-harcèlement, hypersexualisation, pornographie, organisé par la Fondation Scelles, Saint-Jean-le-Blanc, [18]
Colloque : Internet est-il encore un espace de liberté d'expression, organisé par Droit et Démocratie, Paris, , 2016[19]
1ère Journée des déontologues locaux, organisée par la HATVP, Paris, Palais du Luxembourg, [20].