Film:
* Captain America:The First Avenger (2011) som Peggy Carter
* Captain America:The Winter Soldier (2014) som Peggy Carter
* Avengers:Age of Ultron (2015) som Peggy Carter
* Avengers:Endgame (2019) som Peggy Carter
* Hertuginden (2008) som Lady Elizabeth Foster
* Brideshead Revisited (2008) som Julia Flyte
* Verdens ende (2013) som Sam
* BØJET (2018) som Anna
* Manden der opfandt julen (2017) som Catherine Dickens
* Christopher Robin (2018) som Evelyn Robin
* Mission:Impossible - Fallout (2018) som Agent 11
* Rebecca (2020) som fru de Winter
* Louis Wains elektriske liv (2021) som Emily Richardson
* Boss-niveau (2021) som oberst Carlsen
* Sort enke (2021) som Peggy Carter
Fjernsyn:
* Merlins eventyr (2008) som Lady Vivian
* Fangen (2009) som nummer 30
* Slå tilbage (2010) som sergent Rachel Dalton
* Jordens søjler (2010) som Aliena
* Agent Carter (2015-2016) som Peggy Carter
* Howard End (2017) som Margaret Schlegel
* Overbevisning (2016) som Hayes Morrison
* Jagten efter kærlighed (2021) som Fanny Logan
* Kvinden i huset på den anden side af gaden fra pigen i vinduet (2022) som Anna
* Slangedronningen (2022) som Catherine de Medici
* Mission:Impossible - Dead Reckoning Part One (2023) som agent 11
Kommende projekter:
* Mission:Impossible - Dead Reckoning Part Two (2024) som agent 11
* Begravelsen (2023) som Carolyn
Denne liste er ikke udtømmende, og der er andre projekter, som Hayley Atwell har deltaget i gennem hele sin karriere.