Filmy:
* Captain America:The First Avenger (2011) jako Peggy Carter
* Captain America:The Winter Soldier (2014) jako Peggy Carter
* Avengers:Age of Ultron (2015) jako Peggy Carter
* Avengers:Endgame (2019) jako Peggy Carter
* Vévodkyně (2008) jako Lady Elizabeth Foster
* Opětovná návštěva Brideshead (2008) jako Julia Flyte
* Konec světa (2013) jako Sam
* BENT (2018) jako Anna
* Muž, který vynalezl Vánoce (2017) jako Catherine Dickens
* Christopher Robin (2018) jako Evelyn Robin
* Mission:Impossible – Fallout (2018) jako agent 11
* Rebecca (2020) jako paní de Winter
* Elektrický život Louise Waina (2021) jako Emily Richardson
* Úroveň šéfa (2021) jako plukovník Carlsen
* Černá vdova (2021) jako Peggy Carter
Televize:
* Merlinova dobrodružství (2008) jako Lady Vivian
* Vězeň (2009) jako číslo 30
* Vraťte úder (2010) jako seržantka Rachel Dalton
* Sloupy Země (2010) jako Aliena
* Agent Carter (2015-2016) jako Peggy Carter
* Howards End (2017) jako Margaret Schlegel
* Odsouzení (2016) jako Hayes Morrison
* Snaha o lásku (2021) jako Fanny Logan
* Žena v domě přes ulici od dívky v okně (2022) jako Anna
* Hadí královna (2022) jako Catherine de Medici
* Mission:Impossible – Dead Reckoning Part One (2023) jako agent 11
Nadcházející projekty:
* Mission:Impossible – Dead Reckoning, druhá část (2024) jako agent 11
* Pohřeb (2023) jako Carolyn
Tento seznam není vyčerpávající a existují další projekty, na kterých se Hayley Atwell podílela během své kariéry.