Televize:
* Doctor Who (2010–2012): Atwell hrál roli "The Doctor's Wife" , postava s fascinujícím spojením s Doktorem. Byla oblíbeným fanouškem a její výkon získal mnoho chvály.
* Koruna (2016–2017): V prvních dvou sezónách této oceňované série Netflix hrála Atwell roli princezny Margaret , mladší sestra královny. Zachytila komplexní osobnost a vzpurného ducha princezny.
* The Pursuit of Love (2021): Atwell hrál jako "Fanny Logan" v této BBC adaptaci klasického románu Nancy Mitfordové.
* Had (2021): Hrála Susannah , ústřední postava této minisérie o skutečném případu Charlese Sobhraje.
Film:
* Captain America:The First Avenger (2011): Atwell hrál "Peggy Carter" , milostný zájem Steva Rogerse a klíčová postava v počátcích S.H.I.E.L.D. organizace. Byla to pro ni průlomová role a postavu si zopakovala v různých projektech Marvel.
* Atlas mraků (2012): Atwell měl vedlejší roli v tomto ambiciózním sci-fi filmu, kde hrál "Nurse Noakes" v jednom z propletených vyprávění.
* Osobní historie Davida Copperfielda (2019): Objevila se v této adaptaci románu Charlese Dickense, kde hrála "Betsey Trotwood" .
* The King's Man (2021): Atwell měl v tomto historickém akčním filmu vedlejší roli.
Tento seznam zdůrazňuje některé z jejích nejznámějších projektů. Podílela se na řadě dalších děl, včetně divadelních inscenací a menších filmů.
Stojí za zmínku, že Atwellova filmografie stále roste a nadále přijímá zajímavé a rozmanité role.