Filmek:
* Amerika Kapitány:Az első bosszúálló (2011), mint Peggy Carter
* Amerika Kapitány:A tél katonája (2014), mint Peggy Carter
* Bosszúállók:Ultron kora (2015), mint Peggy Carter
* Bosszúállók:Végjáték (2019), mint Peggy Carter
* A hercegnő (2008), mint Lady Elizabeth Foster
* A Brideshead újralátogatása (2008), mint Julia Flyte
* A világvége (2013), mint Sam
* BENT (2018), mint Anna
* Az ember, aki feltalálta a karácsonyt (2017), mint Catherine Dickens
* Christopher Robin (2018), mint Evelyn Robin
* Mission:Impossible – Fallout (2018) 11-es ügynökként
* Rebecca (2020), mint Mrs. de Winter
* Louis Wain elektromos élete (2021), mint Emily Richardson
* Főnöki szint (2021) Carlsen ezredesként
* Fekete Özvegy (2021), mint Peggy Carter
Televízió:
* Merlin kalandjai (2008), mint Lady Vivian
* A fogoly (2009) 30. számként
* Visszaütés (2010) Rachel Dalton őrmesterként
* A Föld oszlopai (2010) Aliena néven
* Carter ügynök (2015-2016), mint Peggy Carter
* Howards vége (2017), mint Margaret Schlegel
* Elítélés (2016), mint Hayes Morrison
* A szerelem törekvése (2021), mint Fanny Logan
* A nő a házban az utca túloldalán a Lány az ablakban (2022), mint Anna
* A kígyók királynője (2022), mint Catherine de Medici
* Mission:Impossible – Halottak számonkérése, első rész (2023) 11-es ügynökként
Közelgő projektek:
* Mission:Impossible – Halottak számonkérése, második rész (2024) 11-es ügynökként
* A temetés (2023), mint Carolyn
Ez a lista nem teljes, és vannak más projektek is, amelyekben Hayley Atwell pályafutása során részt vett.