Telewizja:
* Doktor Who (2010–2012): Atwell zagrał rolę „żony lekarza” , postać mającą fascynującą więź z Doktorem. Była ulubienicą fanów, a jej występ spotkał się z wieloma pochwałami.
* Korona (2016–2017): W pierwszych dwóch sezonach tego wielokrotnie nagradzanego serialu Netflix Atwell grał rolę księżniczki Małgorzaty , młodsza siostra królowej. Uchwyciła złożoną osobowość i buntowniczego ducha księżniczki.
* W pogoni za miłością (2021): Atwell zagrał „Fanny Logan” w adaptacji klasycznej powieści Nancy Mitford dla BBC.
* Wąż (2021): Zagrała „Susannah”. , centralną postać w tym miniserialu opowiadającym o prawdziwym przypadku Charlesa Sobhraja.
Film:
* Kapitan Ameryka:Pierwsze starcie (2011): Atwell zagrał Peggy Carter , ukochany Steve Rogers i kluczowa postać w początkach S.H.I.E.L.D. organizacja. Była to dla niej przełomowa rola i ponownie wcieliła się w tę postać w różnych projektach Marvela.
* Atlas chmur (2012): Atwell odegrał drugoplanową rolę w tym ambitnym filmie science fiction, grając „Pielęgniarkę Noakes” w jednej z przeplatających się narracji.
* Osobista historia Davida Copperfielda (2019): Wystąpiła w tej adaptacji powieści Charlesa Dickensa, grając Betsey Trotwood .
* Człowiek króla (2021): Atwell odegrał drugoplanową rolę w tym historycznym filmie akcji.
Na tej liście znajdują się niektóre z jej najbardziej znanych projektów. Brała udział w wielu innych pracach, w tym w produkcjach teatralnych i mniejszych filmach.
Warto zauważyć, że filmografia Atwell wciąż się rozwija, a ona nadal podejmuje ciekawe i różnorodne role.