| Dolly Parton's Pet Gala (2024) |
| Billion Dollar Babies: The True Story of the Cabbage Patch Kids (2023) als Narrator (voice) |
| The Unbearable Weight of Massive Talent (2022) als Richard Fink |
| The Matrix Resurrections (2021) als The Analyst |
| 8-Bit Christmas (2021) als Adult Jake Doyle / Narrator |
| Coded: The Hidden Love of J.C. Leyendecker (2021) als J.C. Leyendecker (voice) |
| Take Me to the World: A Sondheim 90th Birthday Celebration (2020) als Self - Performer |
| Epcot International Festival of the Holidays – Candlelight Processional (2019) als Narrator |
| Star Wars: Galaxy's Edge - Adventure Awaits (2019) als Self - Host |
| Dads (2019) als Self |
| Still Laugh-In: The Stars Celebrate (2019) |
| Wig (2019) als Self |
| Mickey’s 90th Spectacular (2018) als Self |
| Elton John: I'm Still Standing - A Grammy Salute (2018) als Self |
| Downsizing (2017) als Jeff Lonowski |
| The Words That Built America (2017) als Reader - Declaration of Independence |
| Neil Patrick Harris: Circus Awesomeus (2016) als Host / Himself |
| In Their Own Words: Jim Henson (2015) als Self - Actor |
| Gone Girl (2014) als Desi Collings |
| A Million Ways to Die in the West (2014) als Foy |
| Attack of the 50-foot Gummi Bear (2014) als Steve the Monkey (voice) |
| Steve's First Bath (2014) als Steve (voice) |
| Disney Parks Christmas Day Parade (2013) als Host |
| Cloudy with a Chance of Meatballs 2 (2013) als Steve (voice) |
| The Smurfs 2 (2013) als Patrick Winslow |
| The Out List (2013) als Himself |
| A Snow White Christmas: Opening Night (2012) als The Magic Mirror |
| Robot Chicken: DC Comics Special (2012) als Two-Face / Black Manta (voice) |
| American Reunion (2012) als Celebrity Dance-Off Host |
| The Penguins of Madagascar: Operation Blowhole (2012) als Dr. Blowhole (voice) |
| The Muppets (2011) als Neil Patrick Harris |
| A Very Harold & Kumar Christmas (2011) als Neil Patrick Harris |
| The Smurfs (2011) als Patrick Winslow |
| Company (2011) als Robert |
| Beastly (2011) als Will Fratalli |
| The Best and the Brightest (2010) als Jeff |
| Cats & Dogs: The Revenge of Kitty Galore (2010) als Lou (voice) |
| Batman: Under the Red Hood (2010) als Dick Grayson / Nightwing (voice) |
| Through a Dog's Eyes (2010) als Narrator |
| Dracula's Daughter vs. the Space Brains (2010) als Dan |
| A First Look at Batman: Under the Red Hood (2010) als Self |
| Sesame Street: 40 Years of Sunny Days (2010) als The Shoe Fairy (uncredited) (archive footage) |
| Yes Virginia (2009) als Dr. Philip O'Hanlon (voice) |
| Beyond All Boundaries (2009) als 1st Lt. David Hettema / Sgt. William Manchester |
| Cloudy with a Chance of Meatballs (2009) als Steve the Monkey (voice) |
| Prop 8: The Musical (2008) als A Very Smart Fellow |
| Commentary! The Musical (2008) |
| Harold & Kumar Escape from Guantanamo Bay (2008) als Neil Patrick Harris |
| Justice League: The New Frontier (2008) als Barry Allen / The Flash (voice) |
| The Making of Dr. Horrible's Sing-Along Blog (2007) als Himself |
| Eloise Goes to School (2007) |
| The Christmas Blessing (2005) als Nathan Andrews |
| Serenity (2005) als Screaming Reaver (uncredited) |
| Disney Heroes Volume 1 (2005) als Moyo (voice) |
| The Golden Blaze (2005) als The Comic Shop Owner (voice) |
| Harold & Kumar Go to White Castle (2004) als Neil Patrick Harris |
| Undercover Brother (2002) als Lance |
| Death from Above: The Making of 'Starship Troopers' (2002) als Himself |
| The Making of Sweeney Todd at the San Francisco Symphony (2002) als Self |
| The Mesmerist (2002) |
| Sweeney Todd: The Demon Barber of Fleet Street in Concert (2001) als Tobias |
| The Wedding Dress (2001) als Travis Cleveland |
| Summer of Camp Caprice (2001) als Jed (voice) |
| The Next Best Thing (2000) als David |
| The Christmas Wish (1998) als Will Martin |
| The Proposition (1998) als Roger Martin |
| Starship Troopers (1997) als Colonel Carl Jenkins |
| Legacy of Sin: The William Coit Story (1995) als William Coit |
| The Man in the Attic (1995) als Edward Broder |
| My Antonia (1995) als Jimmy Burden |
| Not Our Son (1995) als Paul Keller |
| Animal Room (1995) als Arnold Mosk |
| Snowbound: The Jim and Jennifer Stolpa Story (1994) als Jim Stolpa |
| Sudden Fury (1993) als Brian Hannigan |
| Time Out: The Truth About HIV, AIDS and You (1992) als Self |
| Stranger in the Family (1991) als Steve Thompson |
| The Best of Disney: 50 Years of Magic (1991) |
| The Earth Day Special (1990) als Doogie Howser M.D. |
| Cold Sassy Tree (1989) als Will Tweedy |
| Home Fires Burning (1989) als Lonnie Tibbettes |
| Purple People Eater (1988) als Billy Johnson |
| Too Good to Be True (1988) als Danny Harland |
| Clara's Heart (1988) als David Hart |
| Group Therapy |