Hayley Atwell, 5 Nisan 1982 tarihinde Londra, İngiltere'de doğmuştur. Annesi İngiliz, babası ise Amerikalıdır. Eğitimine London Academy of Music and Dramatic Art'ta devam eden Atwell, oyunculuk kariyerine tiyatro ile başlamıştır. İlk olarak 2005 yılında "The Royal" adlı dizide rol alarak televizyon dünyasına adım atmıştır. Ancak, asıl çıkışını 2011 yılında Marvel Sinematik Evreni'nde canlandırdığı Peggy Carter karakteri ile yapmıştır. Bu karakter, hem "Captain America: The First Avenger" filminde hem de "Agent Carter" adlı dizide önemli bir rol oynamıştır.

Hayley Atwell, kariyeri boyunca birçok film ve dizide yer almıştır. "Captain America" serisinin yanı sıra "Avengers: Endgame" gibi büyük yapımlarda da Peggy Carter karakteri ile izleyici karşısına çıkmıştır. Bunun yanı sıra, "The Duchess", "Brideshead Revisited" ve "The Pillars of the Earth" gibi filmlerde ve dizilerde de önemli roller üstlenmiştir. Atwell, geniş bir yelpazede farklı türlerdeki projelerde yer alarak oyunculuk yeteneğini kanıtlamıştır.

Atwell, sadece oyunculuk kariyeri ile değil, aynı zamanda yönetmenlik deneyimi ile de dikkat çekmektedir. 2019 yılında "The Man Who Knew Infinity" adlı filmde yönetmen yardımcısı olarak görev almıştır. Bunun yanı sıra, çeşitli tiyatro oyunlarında da yönetmenlik yapmıştır. Ancak, henüz kendi adını taşıyan bir uzun metrajlı film yönetmemiştir.

Hayley Atwell, kariyeri boyunca birçok ödül ve adaylık elde etmiştir. 2015 yılında "Agent Carter" dizisindeki performansı ile Critics' Choice Television Awards'ta En İyi Kadın Oyuncu dalında aday gösterilmiştir. Ayrıca, BAFTA ödüllerinde de çeşitli adaylıkları bulunmaktadır. Atwell, oyunculuk kariyerindeki başarıları ile tanınan bir isim olmanın yanı sıra, hayranları tarafından da büyük bir sevgi ve saygı ile karşılanmaktadır.