Televizija:
* Doctor Who (2010-2012): Atwell je igral vlogo "Doctor's Wife" , lik s fascinantno povezavo z doktorjem. Bila je ljubljenka oboževalcev in njen nastop je prejel veliko pohval.
* The Crown (2016-2017): V prvih dveh sezonah te nagrajene Netflixove serije je Atwell igrala vlogo princese Margaret , kraljičina mlajša sestra. Ujela je kompleksno osebnost in uporniški duh princese.
* The Pursuit of Love (2021): Atwell je nastopil kot "Fanny Logan" v tej BBC-jevi adaptaciji klasičnega romana Nancy Mitford.
* The Serpent (2021): Igrala je "Susannah , osrednja osebnost te miniserije o resničnem primeru Charlesa Sobhraja.
Film:
* Stotnik Amerika:Prvi maščevalec (2011): Atwell je igral "Peggy Carter" , ljubezen Steva Rogersa in ključna oseba v zgodnjih dneh S.H.I.E.L.D. organizacija. To je bila zanjo prebojna vloga in lik je ponovila v različnih Marvelovih projektih.
* Cloud Atlas (2012): Atwellova je imela stransko vlogo v tem ambicioznem znanstvenofantastičnem filmu, ko je igrala "Nurse Noakes" v eni od prepletenih pripovedi.
* Osebna zgodovina Davida Copperfielda (2019): Nastopila je v tej priredbi romana Charlesa Dickensa, ko je igrala "Betsey Trotwood" .
* Kraljev mož (2021): Atwell je imel stransko vlogo v tem zgodovinskem akcijskem filmu.
Ta seznam izpostavlja nekaj njenih najbolj znanih projektov. Sodelovala je pri številnih drugih delih, vključno z gledališkimi produkcijami in manjšimi filmi.
Omeniti velja, da Atwellova filmografija še vedno raste in da še naprej prevzema zanimive in raznolike vloge.