Películas:
* La mano que mece la cuna (1992) - como Emily Mott
* La belleza interior (2012) - cuando era joven
* Californicación (2011) - como Margarita
* El último recurso (2015) - como Zoe
* El vecino de la ventana (2021) - como Megan
* La Finca (2022) - como Macey
* Lo invisible (2023) - como Lucía
Televisión:
* Mi llamada vida (1994-1995) - como Gracia
* La práctica (1997-2004) - como Jenna
* Las chicas Gilmore (2000-2007) - como gitano
* La niñera (1993-1999) - como Maggie Sheffield
* La dimensión desconocida (2002) - como Sara
* Héroes (2006-2010) - como Claire Bennet
* Picos Gemelos (2017) - como Shelly Johnson
* Ama de casa americana (2016-2021) - como Katie Otto
* La OA (2016-2019) - como Jesse
* El buen doctor (2017-presente) - como Dra. Carly Lever
* El último barco (2014-2018) - como Dra. Rachel Scott
* Ley y Orden:Unidad de Víctimas Especiales (2000-presente) - como varios roles
* CSI:Miami (2002-2012) - en varios roles
* Casa (2004-2012) - en varios roles
* Anatomía de Grey (2005-presente) - como varios roles
Esta no es una lista exhaustiva, pero representa algunas de sus obras más notables y populares. Madeline Zima ha seguido trabajando constantemente en cine y televisión, mostrando su versátil talento actoral.