Televízia:
* Doctor Who (2010-2012): Atwell hral úlohu "Doktorovej manželky" , postava s fascinujúcim vzťahom k Doktorovi. Bola obľúbenou fanúšikmi a jej výkon bol veľmi chválený.
* Koruna (2016 – 2017): V prvých dvoch sezónach tejto oceňovanej série Netflix hrala Atwell rolu princeznej Margaret , mladšia sestra kráľovnej. Zachytila komplexnú osobnosť a rebelského ducha princeznej.
* The Pursuit of Love (2021): Atwell hral ako "Fanny Logan" v tejto BBC adaptácii klasického románu Nancy Mitfordovej.
* Had (2021): Hrala Susannah , ústredná postava tejto minisérie o skutočnom prípade Charlesa Sobhraja.
Film:
* Captain America:The First Avenger (2011): Atwell hral Peggy Carterovú , milostný záujem Steva Rogersa a kľúčová postava v prvých dňoch S.H.I.E.L.D. organizácie. Bola to pre ňu zlomová rola a postavu si zopakovala v rôznych Marvel projektoch.
* Atlas oblakov (2012): Atwell mal vedľajšiu úlohu v tomto ambicióznom sci-fi filme, kde si zahral „Nurse Noakes“ v jednom z prepletených príbehov.
* Osobná história Davida Copperfielda (2019): Objavila sa v tejto adaptácii románu Charlesa Dickensa, kde hrá "Betsey Trotwood" .
* The King's Man (2021): Atwell mal v tomto historickom akčnom filme vedľajšiu úlohu.
Tento zoznam poukazuje na niektoré z jej najznámejších projektov. Podieľala sa na mnohých ďalších dielach, vrátane divadelných inscenácií a menších filmov.
Stojí za zmienku, že Atwellova filmografia stále rastie a naďalej berie zaujímavé a rozmanité úlohy.