En 2005, Hayley Atwell se graduó de la Escuela de Música y Drama Guildhall con un título en Actuación. Comenzó su carrera con partes en algunas producciones de televisión de la BBC. Su primera gran oportunidad llegó con la miniserie de televisión The Line of Beauty en 2006. Al año siguiente, consiguió su primer papel en el cine en How about you… (2007). No obstante, el tiempo que llevaba en la industria, en el 2011 se dio a conocer internacionalmente cuando obtuvo el papel de la agente británica Peggy Carter en Capitán América: El primer vengador (2011). Interpretó este papel en varias películas y series de televisión ambientadas dentro del Universo Cinematográfico de Marvel, incluido el papel principal en la serie ABC Agent Carter (2015-2016). Pero Hayley se ha dado a conocer también por otros trabajos a lo largo de su carrera, por ejemplo, en 2011 fue nominada a un Golden Globe por su trabajo en la miniserie The Pillars of the Earth. Atwell también protagonizó Los inquebrantables (2007), La duquesa (2008), Cenicienta (2015) y el episodio de Black Mirror “Be Right Back”. En 2019 protagonizó la serie de Netflix Criminal.
