Actrice
| 2020 | Untitled Marvel Black Widow Movie | Natasha Romanoff / Black Widow |
| 2019 | Avengers : Infinity War (Partie 2) | Natasha Romanoff / Black Widow |
| 2018 | Avengers : Infinity War (Partie 1) | Natasha Romanoff / Black Widow |
| 2015 | Avengers : L’ère d’Ultron | Natasha Romanoff / Viuda negra |
| 2015 | Ghost in the Shell | – |
| 2015 | Le Livre de la jungle | Kaa |
| 2015 | Custom of the Country – Saison 1 | Undine Spraggs |
| 2014 | #Chef | Molly |
| 2014 | Captain America, le soldat de l’hiver | Natasha Romanoff/La Veuve noire |
| 2014 | Lucy | Lucy |
| 2013 | Don Jon | Barbara Sugarman |
| 2013 | Her | Samantha |
| 2013 | Under the Skin | Laura |
| 2012 | Avengers | Natasha Romanoff / Black Widow |
| 2012 | Hitchcock | Janet Leigh |
| 2012 | Woody Allen: A Documentary | Elle-même |
| 2011 | Nouveau Départ | Kelly Foster |
| 2010 | Iron Man 2 | Natasha Romanoff / La Veuve Noire |
| 2009 | Ce que pensent les hommes | Anna |
| 2008 | Deux soeurs pour un roi | Mary Boleyn |
| 2008 | The Spirit | Silken Floss |
| 2008 | Vicky Cristina Barcelona | Christina |
| 2006 | Robot Chicken – Saison 2
Episodes 14 – 19 |
Dolores / Veronica Lodge |
| 2006 | Le Dahlia noir | Kay Lake |
| 2006 | Le Journal d’une baby-sitter | Annie Braddock |
| 2006 | Le Prestige | Olivia |
| 2006 | Scoop | Sondra Pransky |
| 2005 | Robot Chicken – Saison 1
Episodes 5 – 7 |
Tooth Fairy (voix) |
| 2005 | En bonne compagnie | Alex Foreman |
| 2005 | Match Point | Nola Rice |
| 2004 | Entourage – Saison 1
Episode 8 |
Elle-même |
| 2004 | Bob l’éponge – le film | Voice of Mindy |
| 2004 | Love Song | Pursy Will |
| 2004 | The Island | Jordan Two-Delta/Sarah Jordan |
| 2004 | The Perfect Score | Francesca Curtis |
| 2003 | La Jeune fille à la perle | Griet |
| 2003 | La Séductrice | Lady Windermere |
| 2003 | Lost in Translation | Charlotte |
| 2001 | American rhapsody | Suzanne |
| 2001 | Arac attack, les monstres à huit pattes | Ashley Parker |
| 2001 | Ghost World | Rebecca |
| 2001 | The Barber : l’homme qui n’était pas là | Rachael Bundas |
| 1999 | My Brother the Pig | Kathy Caldwell |
| 1998 | L’Homme qui murmurait à l’oreille des chevaux | Grace MacLean |
| 1997 | Fall | la petite fille |
| 1997 | Maman, je m’occupe des méchants | Molly Pruitt |
| 1996 | La Fille d’en face | Emily |
| 1996 | Manny & Lo | Amanda |
| 1995 | Le Client – Saison 1 | Jenna Halliwell |
| 1994 | Juste Cause | Kate Armstrong |
| 1994 | L’Irrésistible North | Laura Nelson |
Réalisation
| 2014 | Summer crossing |
| 2009 | These Vagabond Shoes (court-métrage) |
Scénario
| 2009 | These Vagabond Shoes (court-métrage) |
| 2008 | New York, I Love You |
Musique
| 2003 | Lost in Translation | Interprète (chansons du film) |
3,8 |
Production
| 2015 | Custom of the Country | Producteur délégué |
