Filmler:
* Kaptan Amerika:İlk İntikamcı (2011) Peggy Carter rolünde
* Kaptan Amerika:Kış Askeri (2014) Peggy Carter rolünde
* Yenilmezler:Ultron Çağı (2015) Peggy Carter rolünde
* Yenilmezler:Oyunsonu (2019) Peggy Carter rolünde
* Düşes (2008) Leydi Elizabeth Foster rolünde
* Brideshead Yeniden Ziyaret Edildi (2008) Julia Flyte rolünde
* Dünyanın Sonu (2013) Sam rolünde
* BENT (2018) Anna rolünde
* Noel'i İcat Eden Adam (2017) Catherine Dickens rolünde
* Christopher Robin (2018) Evelyn Robin rolünde
* Görev:İmkansız - Fallout (2018) Ajan 11 olarak
* Rebecca (2020) Bayan de Winter rolünde
* Louis Wain'in Elektrik Hayatı (2021) Emily Richardson rolünde
* Patron Seviyesi (2021) Albay Carlsen rolünde
* Kara Dul (2021) Peggy Carter rolünde
Televizyon:
* Merlin'in Maceraları (2008) Leydi Vivian rolünde
* Mahkum (2009) 30 Numara olarak
* Karşı Saldırı (2010) Çavuş Rachel Dalton rolünde
* Dünyanın Sütunları (2010) Uzaylı olarak
* Ajan Carter (2015-2016) Peggy Carter rolünde
* Howard'ın Sonu (2017) Margaret Schlegel rolünde
* Mahkumiyet (2016) Hayes Morrison rolünde
* Aşkın Peşinde (2021) Fanny Logan rolünde
* Penceredeki Kız'ın Karşısındaki Evdeki Kadın (2022) Anna rolünde
* Yılan Kraliçe (2022) Catherine de Medici rolünde
* Görev:İmkansız - Ölü Hesaplaşma Birinci Bölüm (2023) Ajan 11 olarak
Gelecek Projeler:
* Görev:İmkansız - Ölü Hesaplaşma İkinci Bölüm (2024) Ajan 11 olarak
* Cenaze (2023) Carolyn rolünde
Bu liste kapsamlı değildir ve Hayley Atwell'in kariyeri boyunca katıldığı başka projeler de vardır.