 | Untitled Jurassic World Movie (2025) |
 | Transformers One (2024) als Elita-1 (voice) |
 | Fly Me to the Moon (2024) als Kelly Jones |
 | Catching Fire: The Story of Anita Pallenberg (2024) als Narrator (voice) |
 | North Star (2023) als Katherine |
 | Asteroid City (2023) als Midge Campbell |
 | Penglai (2022) als Narrator (voice) |
 | Marvel Studios Assembled: The Making of Hawkeye (2022) als Self (archive footage) |
 | Sing 2 (2021) als Ash (voice) |
 | Come Home (2021) als Ash (voice) |
 | Black Widow (2021) als Natasha Romanoff / Black Widow |
 | Moneymaker: Behind the Black Widow (2021) als Narrator (voice) |
 | VOMO: Vote or Miss Out (2020) |
 | Chadwick Boseman: A Tribute for a King (2020) als Self - Actress, "Avengers: Endgame" |
 | Celebrating Marvel's Stan Lee (2019) als Natasha Romanoff / Black Widow (archive footage) |
 | Jojo Rabbit (2019) als Rosie Betzler |
 | Marriage Story (2019) als Nicole Barber |
 | Marriage Story: From the Pages to the Performances (2019) als Self |
 | Avengers: Endgame (2019) als Natasha Romanoff / Black Widow |
 | Captain Marvel (2019) als Natasha Romanoff / Black Widow (uncredited) |
 | Avengers: Infinity War (2018) als Natasha Romanoff / Black Widow |
 | Isle of Dogs (2018) als Nutmeg (voice) |
 | Broadway: The Next Generation (2017) |
 | Thor: Ragnarok (2017) als Natasha Romanoff / Black Widow (archive footage / uncredited) |
 | Rough Night (2017) als Jess |
 | Jeff Koons (2017) als Narrator (voice) |
 | Art as Dialogue (2017) als Self |
 | Ghost in the Shell (2017) als Major Mira Killian / Motoko Kusanagi |
 | Sing (2016) als Ash (voice) |
 | Captain America: Civil War (2016) als Natasha Romanoff / Black Widow |
 | The Jungle Book (2016) als Kaa (voice) |
 | Floyd Norman: An Animated Life (2016) als Self |
 | Hail, Caesar! (2016) als DeeAnna Moran |
 | Avengers: Age of Ultron (2015) als Natasha Romanoff / Black Widow |
 | Marvel: 75 Years, from Pulp to Pop! (2014) als Self |
 | Lucy (2014) als Lucy Miller |
 | Deep Down (2014) als Narrator (voice) |
 | Chef (2014) als Molly |
 | Captain America: The Winter Soldier (2014) als Natasha Romanoff / Black Widow |
 | Marvel Studios: Assembling a Universe (2014) als Self |
 | Under the Skin (2014) als The Female |
 | Her: Love in the Modern Age (2014) als Self (archive footage) |
 | Her (2013) als Samantha (voice) |
 | Don Jon (2013) als Barbara Sugarman |
 | Hitchcock (2012) als Janet Leigh |
 | The Avengers: A Visual Journey (2012) als Self |
 | Escape from the World's Most Dangerous Place (2012) als Narrator (voice) |
 | The Avengers (2012) als Natasha Romanoff / Black Widow |
 | Final Cut: Hölgyeim és uraim (2012) als (archive footage) |
 | We Bought a Zoo (2011) als Kelly Foster |
 | Woody Allen: A Documentary (2011) als Self |
 | Bert Stern: Original Madman (2011) als Self (archive footage) |
 | Iron Man 2 (2010) als Natalie Rushman / Natasha Romanoff / Black Widow |
 | Saturday Night Live: The Best of Amy Poehler (2009) als Self (archive footage) |
 | He's Just Not That Into You (2009) als Anna Marks |
 | The Spirit (2008) als Silken Floss |
 | Vicky Cristina Barcelona (2008) als Cristina |
| | Translating History to Screen (2008) als Self |
 | The Other Boleyn Girl (2008) als Mary Boleyn |
 | Yes We Can (2008) als Self |
 | The Nanny Diaries (2007) als Annie Braddock |
 | The Director's Notebook: The Cinematic Sleight of Hand of Christopher Nolan (2007) als Self |
 | The Prestige (2006) als Olivia Wenscombe |
 | The Black Dahlia (2006) als Kay Lake |
 | Scoop (2006) als Sondra Pransky |
 | Match Point (2005) als Nola Rice |
 | The Island (2005) als Jordan Two Delta / Sarah Jordan |
 | In Good Company (2004) als Alex |
 | The SpongeBob SquarePants Movie (2004) als Mindy (voice) |
 | A Good Woman (2004) als Meg Windermere |
 | A Love Song for Bobby Long (2004) als Pursy Will |
 | Lost on Location (2004) als Self |
 | The Perfect Score (2004) als Francesca Curtis |
 | Girl with a Pearl Earring (2003) als Griet |
 | Lost in Translation (2003) als Charlotte |
 | Eight Legged Freaks (2002) als Ashley Parker |
 | Drive-Thru Records: Vol. 1 (2002) als Self |
 | The Man Who Wasn't There (2001) als Birdy Abundas |
 | Ghost World (2001) als Rebecca |
 | An American Rhapsody (2001) als Suzanne Sandor |
 | My Brother the Pig (1999) als Kathy Caldwell |
 | The Horse Whisperer (1998) als Grace MacLean |
 | Home Alone 3 (1997) als Molly Pruitt |
 | Fall (1997) als Little Girl |
 | If Lucy Fell (1996) als Emily |
 | Manny & Lo (1996) als Amanda |
 | Just Cause (1995) als Kate Armstrong |
 | North (1994) als Laura Nelson |
| | The Sea Change |
 | Featherwood als Carol Blevins |
| | Bride als The Bride |
 | Paris Paramount |
| | Tower of Terror |
| | The Gauntlet |
| | Fly Me to the Moon Producer |
| | Black Widow Executive Producer |
| | The Jungle Book Songs |
| | Her Songs |
 | The Whale Executive Producer |
| | The Whale Songs |
 | Wretches & Jabberers Songs |
| | These Vagabond Shoes Director |
| | These Vagabond Shoes Writer |
| | He's Just Not That Into You Songs |
| | Fantaisie in Bubblewrap Thanks |
| | Bunny Army Lighting Artist |
| | Eleanor the Great Director |
| | Eleanor the Great Producer |
| | Featherwood Producer |
| | Bride Producer |
| | Tower of Terror Producer |