هیلی الیزابت آتول متولد لندن، انگلستان، دارای تابعیت دوگانه بریتانیا و ایالات متحده است. هیلی که تنها فرزند بود، به نام بازیگر هیلی میلز نامگذاری شد. والدین او، آلیسون (کاین) و گرانت آتول، هر دو سخنران انگیزشی، در یک کارگاه آموزشی در لندن کتاب مقدس دیل کارنگی با عنوان «چگونه دوستانی پیدا کنیم و بر مردم تأثیر بگذاریم» ملاقات کردند. مادرش انگلیسی (با اصل و نسب ایرلندی) و پدرش آمریکایی است. او در کانزاس سیتی، میسوری به دنیا آمد و تا حدودی از نژاد بومی آمریکایی است (نام بومی آمریکایی او Star Touches Earth است). وقتی او دو ساله بود والدینش طلاق گرفتند. پدرش به آمریکا بازگشت و هیلی نزد مادرش در لندن ماند، اما او تابستانها را در میسوری با پدرش گذراند. مادر هیلی تئاتر را به عنوان یک تجربه اجتماعی مهم میدید، بنابراین او از دوران جوانی با تئاتر آشنا شد. او در سن 11 سالگی سفری به یاد ماندنی برای دیدن رالف فاینس در نقش هملت داشت. او بعداً در دوشس (2008) با او کار کرد.
او به مدرسه دخترانه کاتولیک رومی Sion-Manning در غرب لندن رفت و در آنجا از نظر تحصیلی عالی بود. او سطح A خود را در مدرسه خطابه لندن گذراند. او دو سال از تحصیل خود را گذراند، با پدرش سفر کرد و برای یک کارگردان بازیگر کار کرد. او در سال 2005 از مدرسه موسیقی و نمایش گیلدهال در رشته بازیگری فارغ التحصیل شد. هیلی کار خود را با بخش هایی از چند برنامه تلویزیونی بی بی سی آغاز کرد. اولین شکست بزرگ او در مینی سریال تلویزیونی The Line of Beauty (2006) بود. سال بعد، او اولین نقش سینمایی خود را در فیلم How About You (2007) دریافت کرد. او این کار را با رویای کاساندرا (2007) اثر وودی آلن دنبال کرد. نقش موفقیت آمیز او چهار سال بعد به عنوان مامور بریتانیایی پگی کارتر در فیلم کاپیتان آمریکا: اولین انتقام جو (2011) به دست آمد.
هیلی آتول بازیگر بریتانیایی و آمریکایی است. او بیشتر به خاطر ایفای نقش پگی کارتر در فیلمها و سریالهای تلویزیونی مختلف که در دنیای سینمایی مارول اتفاق میافتد، از جمله نقش اصلی در سریال اکشن-ماجراجویی ABC Agent Carter (2015) شناخته میشود. آتول همچنین در فیلم های رویای کاساندرا (2007)، دوشس (2008)، سیندرلا (2015) و قسمت آینه سیاه، درست برگرد، ایفای نقش کرد. در سال 2011 او برای کارش در فیلم The Pillars of the Earth نامزد جایزه گلدن گلوب شد.