Televisione:
* Doctor Who (2010-2012): Atwell ha interpretato il ruolo di "La moglie del dottore" , un personaggio con un affascinante legame con il Dottore. Era una delle preferite dai fan e la sua performance ha ricevuto molti elogi.
* La Corona (2016-2017): Nelle prime due stagioni di questa pluripremiata serie Netflix, Atwell ha interpretato il ruolo della Principessa Margaret , la sorella minore della regina. Ha catturato la personalità complessa e lo spirito ribelle della principessa.
* La ricerca dell'amore (2021): Atwell ha interpretato il ruolo di "Fanny Logan" in questo adattamento della BBC del classico romanzo di Nancy Mitford.
* Il serpente (2021): Ha interpretato "Susannah , una figura centrale in questa miniserie sul caso reale di Charles Sobhraj.
Film:
* Captain America:Il primo vendicatore (2011): Atwell ha suonato "Peggy Carter" , l'interesse amoroso di Steve Rogers e una figura chiave nei primi giorni dello S.H.I.E.L.D. organizzazione. Questo è stato un ruolo eccezionale per lei e ha ripreso il personaggio in vari progetti Marvel.
* Atlante cloud (2012): La Atwell ha avuto un ruolo secondario in questo ambizioso film di fantascienza, interpretando "Nurse Noakes" in una delle narrazioni intrecciate.
* La storia personale di David Copperfield (2019): È apparsa in questo adattamento del romanzo di Charles Dickens, interpretando "Betsey Trotwood" .
* L'uomo del re (2021): Atwell ha avuto un ruolo secondario in questo film d'azione storico.
Questo elenco evidenzia alcuni dei suoi progetti più noti. È stata coinvolta in numerosi altri lavori, tra cui produzioni teatrali e film più piccoli.
Vale la pena notare che la filmografia di Atwell è ancora in crescita e continua ad assumere ruoli interessanti e diversi.