Filmovi:
* Kapetan Amerika:Prvi osvetnik (2011.) kao Peggy Carter
* Kapetan Amerika:Zimski vojnik (2014) kao Peggy Carter
* Avengers:Age of Ultron (2015) kao Peggy Carter
* Osvetnici:Kraj igre (2019) kao Peggy Carter
* Vojvotkinja (2008) kao Lady Elizabeth Foster
* Ponovni posjet Bridesheadu (2008) kao Julia Flyte
* Kraj svijeta (2013) kao Sam
* SVIJENO (2018) kao Anna
* Čovjek koji je izmislio Božić (2017) kao Catherine Dickens
* Christopher Robin (2018) kao Evelyn Robin
* Misija:Nemoguća - Fallout (2018) kao agent 11
* Rebecca (2020.) kao gospođa de Winter
* Električni život Louisa Waina (2021.) kao Emily Richardson
* Razina šefa (2021.) kao pukovnik Carlsen
* Crna udovica (2021.) kao Peggy Carter
Televizija:
* Merlinove avanture (2008) kao Lady Vivian
* Zatvorenik (2009) kao broj 30
* Uzvratite udarac (2010) kao narednica Rachel Dalton
* Stupovi Zemlje (2010) kao Aliena
* Agent Carter (2015.-2016.) kao Peggy Carter
* Howards End (2017.) kao Margaret Schlegel
* Osuda (2016) kao Hayes Morrison
* Potraga za ljubavlju (2021.) kao Fanny Logan
* Žena u kući preko puta djevojke s prozora (2022.) kao Anna
* Kraljica zmija (2022.) kao Catherine de Medici
* Misija:Nemoguća - Obračun mrtvih, prvi dio (2023.) kao agent 11
Predstojeći projekti:
* Misija:Nemoguća - Obračun mrtvih, drugi dio (2024.) kao agent 11
* Pokop (2023) kao Carolyn
Ovaj popis nije konačan i postoje i drugi projekti u kojima je Hayley Atwell sudjelovala tijekom svoje karijere.