Née à Londres,
Hayley Atwell est la fille d’une mère anglaise et d’un père américain aux origines amérindiennes, photographe et shaman. Ses parents se séparent quand elle a deux ans.
Elle décide d’étudier à la Guildhall School of Music and Drama, diplômée en 2005, au lieu de suivre un cursus de philosophie et de théologie au King’s College London.
En 2007, elle joue dans le film de Woody Allen
Le Rêve De Cassandre, avant d’apparaître aux côtés de Keira Knightley dans
The Duchess. En 2009,
Hayley Atwell participe à la série
Le Prisonnier avant d'enchaîner sur le petit écran dans
Les Piliers De La Terre et
Any Human Heart l'année suivante.
En 2011, la comédienne tombe sous le charme de Chris Evans dans l'adaptation du comic-book
Captain America : First Avenger.
