Filmek:
* A kéz, amely ringatja a bölcsőt (1992) - mint Emily Mott
* A belső szépség (2012) - fiatal nőként
* Kaliforniáció (2011) – mint Daisy
* Az utolsó mentsvár (2015) - mint Zoe
* A szomszéd az ablakban (2021) – Megan néven
* A birtok (2022) – mint Macey
* A láthatatlan (2023) – mint Lucy
Televízió:
* Az úgynevezett életem (1994-1995) - Grace néven
* A gyakorlat (1997-2004) – Jenna néven
* Gilmore Girls (2000-2007) - cigányként
* A dadus (1993-1999) - Maggie Sheffield néven
* Az alkonyi zóna (2002) - mint Sarah
* Hősök (2006-2010) - mint Claire Bennet
* Twin Peaks (2017) – mint Shelly Johnson
* Amerikai háziasszony (2016-2021) - Katie Ottoként
* Az OA (2016-2019) – mint Jesse
* A jó doktor (2017-től napjainkig) - Dr. Carly Lever néven
* Az utolsó hajó (2014-2018) - mint Dr. Rachel Scott
* Law &Order:Különleges áldozatok osztálya (2000-től napjainkig) - különböző szerepekként
* CSI:Miami (2002-2012) - különböző szerepekként
* Ház (2004-2012) - különböző szerepekként
* Grey anatómiája (2005-től napjainkig) - különböző szerepekként
Ez a lista nem kimerítő, de a legjelentősebb és legnépszerűbb munkái közül néhányat képvisel. Madeline Zima folyamatosan dolgozott a filmben és a televízióban, bemutatva sokoldalú színészi tehetségét.