Televizija:
* Doctor Who (2010.-2012.): Atwell je glumila ulogu "Doktorove žene" , lik s fascinantnom vezom s Doktorom. Bila je miljenica obožavatelja i njezin je nastup dobio mnogo pohvala.
* The Crown (2016-2017): U prve dvije sezone ove nagrađivane Netflixove serije, Atwell je glumila princezu Margaret , kraljičina mlađa sestra. Uhvatila je složenu osobnost i buntovnički duh princeze.
* The Pursuit of Love (2021): Atwell je glumila "Fanny Logan" u ovoj BBC-evoj adaptaciji klasičnog romana Nancy Mitford.
* The Serpent (2021): Igrala je "Susannah , središnja figura ove miniserije o stvarnom slučaju Charlesa Sobhraja.
Film:
* Kapetan Amerika:Prvi osvetnik (2011.): Atwell je svirao "Peggy Carter" , ljubav Stevea Rogersa i ključna figura u ranim danima S.H.I.E.L.D. organizacija. Ovo je bila uspješna uloga za nju i reprizirala je lik u raznim Marvelovim projektima.
* Cloud Atlas (2012): Atwell je imao sporednu ulogu u ovom ambicioznom znanstvenofantastičnom filmu, glumeći "Nurse Noakes" u jednoj od isprepletenih pripovijesti.
* Osobna povijest Davida Copperfielda (2019): Pojavila se u ovoj adaptaciji romana Charlesa Dickensa, glumeći "Betsey Trotwood" .
* Kraljev čovjek (2021.): Atwell je imao sporednu ulogu u ovom povijesnom akcijskom filmu.
Ovaj popis ističe neke od njezinih najpoznatijih projekata. Sudjelovala je u brojnim drugim radovima, uključujući kazališne produkcije i manje filmove.
Vrijedno je napomenuti da Atwellova filmografija i dalje raste, a ona nastavlja preuzimati zanimljive i raznolike uloge.