Fjernsyn:
* Doctor Who (2010-2012): Atwell spillede rollen som "Doktorens kone" , en karakter med en fascinerende forbindelse til doktoren. Hun var en fanfavorit, og hendes præstation fik meget ros.
* The Crown (2016-2017): I de første to sæsoner af denne prisvindende Netflix-serie spillede Atwell rollen som Prinsesse Margaret , Dronningens yngre søster. Hun fangede prinsessens komplekse personlighed og oprørske ånd.
* The Pursuit of Love (2021): Atwell spillede hovedrollen som "Fanny Logan" i denne BBC-tilpasning af Nancy Mitfords klassiske roman.
* Slangen (2021): Hun spillede "Susannah , en central figur i denne miniserie om den virkelige sag om Charles Sobhraj.
Film:
* Captain America:The First Avenger (2011): Atwell spillede "Peggy Carter" , Steve Rogers' kærlighedsinteresse og en nøglefigur i de tidlige dage af S.H.I.E.L.D. organisation. Dette var en breakout-rolle for hende, og hun gentog karakteren i forskellige Marvel-projekter.
* Cloud Atlas (2012): Atwell havde en birolle i denne ambitiøse science fiction-film, hvor han spillede "Nurse Noakes" i en af de sammenvævede fortællinger.
* David Copperfields personlige historie (2019): Hun optrådte i denne tilpasning af Charles Dickens-romanen og spillede "Betsey Trotwood" .
* Kongens mand (2021): Atwell havde en birolle i denne historiske actionfilm.
Denne liste fremhæver nogle af hendes mest kendte projekter. Hun har været involveret i adskillige andre værker, herunder teaterproduktioner og mindre film.
Det er værd at bemærke, at Atwells filmografi stadig vokser, og hun fortsætter med at påtage sig interessante og forskelligartede roller.