Ταινίες:
* Captain America:The First Avenger (2011) ως Peggy Carter
* Captain America:The Winter Soldier (2014) ως Πέγκυ Κάρτερ
* Avengers:Age of Ultron (2015) ως Πέγκυ Κάρτερ
* Avengers:Endgame (2019) ως Πέγκυ Κάρτερ
* Η Δούκισσα (2008) ως Lady Elizabeth Foster
* Επανεξέταση του Brideshead (2008) ως Julia Flyte
* Το τέλος του κόσμου (2013) ως Sam
* BENT (2018) ως Άννα
* Ο άνθρωπος που εφηύρε τα Χριστούγεννα (2017) ως Κάθριν Ντίκενς
* Κρίστοφερ Ρόμπιν (2018) ως Έβελιν Ρόμπιν
* Mission:Impossible - Fallout (2018) ως Πράκτορας 11
* Ρεβέκκα (2020) ως κυρία ντε Γουίντερ
* Η ηλεκτρική ζωή του Louis Wain (2021) ως Emily Richardson
* Επίπεδο αφεντικού (2021) ως Συνταγματάρχης Κάρλσεν
* Μαύρη Χήρα (2021) ως Πέγκυ Κάρτερ
Τηλεόραση:
* Οι περιπέτειες του Μέρλιν (2008) ως Lady Vivian
* Ο φυλακισμένος (2009) ως αριθμός 30
* Απαντήστε (2010) ως Λοχίας Ρέιτσελ Ντάλτον
* Οι Στύλοι της Γης (2010) ως Aliena
* Πράκτορας Κάρτερ (2015-2016) ως Πέγκυ Κάρτερ
* Howards End (2017) ως Margaret Schlegel
* Καταδίκη (2016) ως Hayes Morrison
* The Pursuit of Love (2021) ως Fanny Logan
* Η γυναίκα στο σπίτι απέναντι από το κορίτσι στο παράθυρο (2022) ως Άννα
* Η Βασίλισσα των Φιδιών (2022) ως Catherine de Medici
* Mission:Impossible - Dead Reckoning Part One (2023) ως Πράκτορας 11
Επερχόμενα έργα:
* Mission:Impossible - Dead Reckoning Part Two (2024) ως Πράκτορας 11
* Η ταφή (2023) ως Carolyn
Αυτή η λίστα δεν είναι εξαντλητική και υπάρχουν και άλλα έργα στα οποία έχει συμμετάσχει η Hayley Atwell σε όλη την καριέρα της.