Televisie:
* Doctor Who (2010-2012): Atwell speelde de rol van "The Doctor's Wife" , een personage met een fascinerende connectie met de dokter. Ze was een favoriet bij de fans en haar optreden kreeg veel lof.
* De Kroon (2016-2017): In de eerste twee seizoenen van deze bekroonde Netflix-serie speelde Atwell de rol van prinses Margaret , de jongere zus van de koningin. Ze veroverde de complexe persoonlijkheid en de rebelse geest van de prinses.
* Het streven naar liefde (2021): Atwell speelde de rol van "Fanny Logan" in deze BBC-bewerking van de klassieke roman van Nancy Mitford.
* De slang (2021): Ze speelde "Susannah , een centrale figuur in deze miniserie over de waargebeurde zaak van Charles Sobhraj.
Film:
* Captain America:The First Avenger (2011): Atwell speelde 'Peggy Carter' , de liefdesbelangstelling van Steve Rogers en een sleutelfiguur in de begindagen van de S.H.I.E.L.D. organisatie. Dit was een doorbraakrol voor haar en ze hernam het personage in verschillende Marvel-projecten.
* Cloud Atlas (2012): Atwell speelde een ondersteunende rol in deze ambitieuze sciencefictionfilm, waarin hij 'Nurse Noakes' speelde. in een van de verweven verhalen.
* De persoonlijke geschiedenis van David Copperfield (2019): Ze verscheen in deze bewerking van de roman van Charles Dickens en speelde "Betsey Trotwood" .
* De Koningsman (2021): Atwell had een bijrol in deze historische actiefilm.
Deze lijst belicht enkele van haar meest bekende projecten. Ze is betrokken geweest bij tal van andere werken, waaronder theaterproducties en kleinere films.
Het is vermeldenswaard dat de filmografie van Atwell nog steeds groeit en dat ze interessante en diverse rollen blijft vervullen.