Выиграв в общей сложности восемь медалей (включая шесть золотых) на чемпионате мира среди юниоров и серебряную медаль на 5 км классическим стилем и золотую медаль на 7,5 км вольным стилем на зимних европейских юношеских олимпийских соревнованиях в 1993 году в Аосте , Чепалова приняла участие время в гонках Кубка мира сезона 1995/96. Свой первый крупный успех на зимних Олимпийских играх 1998 года она отметила , завоевав золотую медаль в беге на 30 км. Это сделало ее самой молодой олимпийской чемпионкой в лыжных гонках. На чемпионате мира 2001 года были добавлены еще две медали, в том числе золотая с эстафетой. В том же году она стала абсолютным победителем Кубка мира по лыжным гонкам .
На зимних Олимпийских играх 2002 года Чепалова завоевала полный комплект медалей (золото в спринте, серебро на 10 км, бронза на 15 км). После детского перерыва (10 января 2003 года родилась дочь Олеся) она продолжила карьеру и в 2004 году была награждена медалью Холменколлена . В 2005 году она выиграла четыре медали на чемпионате мира, в том числе золотую в гонке преследования на 15 км. На зимних Олимпийских играх 2006 года она выиграла золото в эстафете и серебро в беге на 30 км. В сезоне 2006/07 она взяла очередной перерыв в соревнованиях из-за беременности, а в феврале родила дочь Василину. В сезоне 2007/08 она вернулась на чемпионат мира по лыжным гонкам, но не смогла выйти на первое место. На последнем этапе Тур де Ски 2008/09 , в гонке преследования в Валь-ди-Фьемме , она снова убедила себя в этом, заняв десятое место, так что она смогла подняться с 31-го на 23-е место. На чемпионате мира по лыжным видам спорта в Либереце в 2009 году ее лучший результат - 20-е место на дистанции 30 км вольным стилем (масс-старт).
В августе 2009 года стало известно, что 3 января 2009 года на предпоследнем этапе Тур де Ски в Валь-ди-Фьемме у Чепаловой был обнаружен допинг эритропоэтин (ЭПО), после чего она немедленно объявила о своем уходе из соревновательных видов спорта. В декабре 2009 года Чепалова была заблокирована за допинг задним числом с августа 2009 года на два года. После этого Российская лыжная ассоциация объявила, что подаст апелляцию на это решение в Международный спортивный суд CAS. Сам Чепалова отрицает использование допинговых веществ. Ее отец и тренер Анатолий Чепалов объяснил, что у его дочери в течение некоторого времени были проблемы со щитовидной железой, и поэтому ей запретили начинать занятия после медицинского осмотра в августе.