Films:
* De hand die de wieg wiegt (1992) - als Emily Mott
* De schoonheid van binnen (2012) - als jonge vrouw
* Californië (2011) - als Daisy
* Het laatste redmiddel (2015) - als Zoë
* De buurman in het raam (2021) - als Megan
* Het landgoed (2022) - als Macey
* Het onzichtbare (2023) - als Lucy
Televisie:
* Mijn zogenaamde leven (1994-1995) - als Grace
* De praktijk (1997-2004) - als Jenna
* Gilmore Girls (2000-2007) - als zigeuner
* De oppas (1993-1999) - als Maggie Sheffield
* De schemerzone (2002) - als Sara
* Helden (2006-2010) - als Claire Bennet
* Twee pieken (2017) - als Shelly Johnson
* Amerikaanse huisvrouw (2016-2021) - als Katie Otto
* De OA (2016-2019) - als Jesse
* De goede dokter (2017-heden) - als Dr.Carly Lever
* Het laatste schip (2014-2018) - als Dr.Rachel Scott
* Law &Order:speciale slachtoffereenheid (2000-heden) - als verschillende rollen
* CSI:Miami (2002-2012) - als verschillende rollen
* Huis (2004-2012) - als verschillende rollen
* Grey's anatomie (2005-heden) - als verschillende rollen
Dit is geen uitputtende lijst, maar vertegenwoordigt enkele van haar meest opmerkelijke en populaire werken. Madeline Zima is consequent blijven werken in film en televisie, waarbij ze haar veelzijdige acteertalent demonstreert.