Hayley Elizabeth Atwell (Londres, 5 de abril de 1982) é uma atriz e modelo britânica-americana. Depois de estrear no teatro em 2005, dois anos depois fez seu primeiro filme, O Sonho de Cassandra, e seguiu com vários papéis no cinema, no palco e na televisão, como a minissérie Os Pilares da Terra. Ficou conhecida por interpretar a Agente Peggy Carter no Universo Cinematográfico Marvel.
Atwell nasceu em Londres, filha única de Allison (née Cain), uma palestrante motivacional, e Grant Atwell, um massagista, fotógrafo e xamã. Sua mãe é Inglesa, e seu pai um norte-americano do Missouri. Ela tem dupla cidadania do Reino Unido e Estados Unidos. Seus pais se separaram quando ela tinha dois anos de idade. Depois de frequentar a escola Sion-Manning Roman Catholic Girls' School em Londres, ela estudou no London Oratory School e ingressou na Guildhall School of Music and Drama, graduando-se em 2005.
O primeiro papel de Atwell foi em 2007, no filme de Woody Allen O Sonho de Cassandra, em que ela interpretava uma atriz de teatro. Em 2008, ela apareceu no filme The Duchess (A Duquesa) como Bess Foster e no filme Brideshead Revisited como Lady Julia Flyte, ganhando elogios e nomeações dos British Independent Film Awards e London Film Critics' Circle Awards.
Atwell apareceu como "415" em novembro de 2009 na minissérie da AMC television, The Prisoner, um remake da série de 1967-1968 com o mesmo nome. Em 2010, ela estrelou como Freya Deverell no sucesso do Channel 4, adaptação do romance de William Boyd "Any Human Heart."
Atwell interpretou a Agente Peggy Carter em 2011 no filme de super-herói Capitão América: O Primeiro Vingador. Seu papel foi bem aceito por público e crítica, levando a um retorno da personagem no curta-metragem Agent Carter de 2013 e na continuação do filme, Captão America 2: O Soldado Invernal de 2014. Em 2015 o curta levou Atwell a estrelar uma série televisiva pelo canal ABC, Agent Carter ao lado de James D'Arcy, Chad Michael Murray e Enver Gjokaj. Ela também reprisou o papel em Os Vingadores 2: A Era de Ultron, Homem-Formiga , Vingadores: Ultimato e em Doutor Estranho no Multiverso da Loucura interpretou uma versão da Capitã Carter. Em fevereiro de 2016, Atwell foi escalada para estrelar um piloto de uma nova série da ABC, Conviction.