Настоящая популярность к Чейз пришла после исполнения роли бажоранки Литы в фантастическом сериале «Звездный путь: Г лубокий космос девять». Мастерсон в течение четырех лет принимала участие в съемках. К тому же фанаты «Star Trek» признали Чейз самой популярной приглашенной актрисой в сериале за все годы. Ее популярность была такова, что ее стали преследовать чересчур ярые поклонники, звоня ей на телефон с откровенными предложениями, а порой и с угрозами. Номер телефона Чейз стал известен, благодаря ошибке оператора, внесшего в ее анкету реальный номер и адрес. Мастерсон вместе с сыном Иеремией пришлось переехат ь. В 2003 году она подала иск против хостинг-компании. Это дело стало известно как «Карафано vs Metrosplash.com» или «дело актрисы из Star Trek». Однако, суд отклонил ее прошение, ввиду того, что она является общественным лицом.
Но в основном от своего участия в «Star Trek» Чейз получала только дивиденды. Так, ее пригласили на канал Sci-Fi Chanel, где она вела различные программы и участвовала в кинопроектах. Среди ее киноработ можно отметить сериал «Параллельные миры», фильмы «Убийственный холод», «Необыкновенные», «Вторжение на Землю», «Молния: Огонь с небес», «Цифровой человек».
Кроме съемок в фантастических фильмах есть у Чейз и другие работы. Так, она снималась в нескольких эпизодах сериалов «Скорая помощь» и «Клиника Сан-Франциско», драме «Chastity» и других. Среди последних ее работ можно назвать фильмы «Звездный путь: Боги и люди», «Вчера была ложь» и озвучивание Джэнис в фантастическом мультфильме «Роботех: Теневые хроники».
Чейз Мастерсон также известна, как джазовая певица. Она выпустила альбом под названием «Thrill of the Chase», а также принимала участие в записи «Кристальной годовщины» в честь пятнадцатой годовщины сериала «Звездный путь».