Filmy:
* Kapitan Ameryka:Pierwszy Mściciel (2011) jako Peggy Carter
* Kapitan Ameryka:Zimowy Żołnierz (2014) jako Peggy Carter
* Avengers:Czas Ultrona (2015) jako Peggy Carter
* Avengers:Koniec gry (2019) jako Peggy Carter
* Księżna (2008) jako Lady Elizabeth Foster
* Ponowna wizyta w Brideshead (2008) jako Julia Flyte
* Koniec świata (2013) jako Sam
* WYGIĘTY (2018) jako Anna
* Człowiek, który wynalazł Boże Narodzenie (2017) jako Katarzyna Dickens
* Christopher Robin (2018) jako Evelyn Robin
* Misja:Niemożliwe – Fallout (2018) jako Agent 11
* Rebeka (2020) jako pani de Winter
* Życie elektryczne Louisa Waina (2021) jako Emily Richardson
* Poziom szefa (2021) jako pułkownik Carlsen
* Czarna Wdowa (2021) jako Peggy Carter
Telewizja:
* Przygody Merlina (2008) jako Lady Vivian
* Więzień (2009) jako numer 30
* Odwet (2010) jako sierżant Rachel Dalton
* Filary Ziemi (2010) jako Aliena
* Agent Carter (2015-2016) jako Peggy Carter
* Koniec Howards (2017) jako Margaret Schlegel
* Przekonanie (2016) jako Hayes Morrison
* W pogoni za miłością (2021) jako Fanny Logan
* Kobieta w domu po drugiej stronie ulicy od Dziewczyny w oknie (2022) jako Anna
* Królowa Węży (2022) jako Katarzyna Medycejska
* Misja:Niemożliwe – Dead Reckoning, część pierwsza (2023) jako Agent 11
Nadchodzące projekty:
* Misja:Niemożliwe – Dead Reckoning, część druga (2024) jako Agent 11
* Pogrzeb (2023) jako Carolyn
Ta lista nie jest wyczerpująca i istnieją inne projekty, w których Hayley Atwell brała udział w całej swojej karierze.