Potrivit SlashFilm, colaborarea dintre Christopher Nolan și Cillian Murphy a început cu audiția pentru Bruce Wayne în „Batman Begins”. Cei doi au recunoscut că Murphy nu era alegerea potrivită pentru Dark Knight, dar prestația l-a convins pe regizor să îl lupte pentru rolul lui Doctor Jonathan Crane, Scarecrow. De atunci, Murphy a apărut în șase filme regizate de Nolan, în ordine cronologică: „Batman Begins”, „The Dark Knight”, „Inception”, „The Dark Knight Rises”, „Dunkirk” și „Oppenheimer”. Până la „Oppenheimer”, actorul nu avusese un rol principal într-un film Nolan, fiind folosit în roluri secundare importante.
Cel mai mic rol al lui Murphy într-un film Nolan rămâne soldatul fără nume din „Dunkirk”. Filmul de război al lui Nolan reconstituie evacuarea din 1940 de pe plaja omonimă din Franța. Murphy joacă unul dintre cei mii de militari britanici, un bărbat a cărui barcă este distrusă de un U-boat german. Este salvat de un vas civil care se oferă voluntar, dar călătoria înseamnă să se întoarcă spre carnage-ul tocmai evitat. Personajul este cunoscut doar ca „the Shivering Soldier”. Este scos din apă de domnul Dawson, interpretat de Mark Rylance, și de băieții Peter și George, interpretați de Tom Glynn-Carney și Barry Keoghan. Învelit într-o pătură, tremură și refuză să lase nava să continue spre Dunkirk, pe care o consideră o moarte sigură. Peter îl întreabă dacă este laș, iar domnul Dawson răspunde că este doar în stare de șoc. Calitatea tăcută și bântuită pe care Murphy o poate proiecta îl face potrivit pentru acest rol, iar privirea îndepărtată pe care o folosește aici reapare în „Oppenheimer”.
Scarecrow este singurul personaj negativ care apare în toate cele trei filme ale trilogiei „Dark Knight”. În „Batman Begins”, Jonathan Crane, reimaginat ca șef al azilului Arkham, colaborează atât cu mafia, cât și cu Liga Umbrelor, care plănuiesc distrugerea orașului Gotham cu toxina sa de frică. Revine în cameo în „The Dark Knight”, unde este capturat de Batman, interpretat de Christian Bale, și în „The Dark Knight Rises”, unde funcționează ca judecător în tribunalul improvizat al lui Bane, interpretat de Tom Hardy. Murphy evită registrul de camp, iar privirea albastră rece îi conferă o prezență amenințătoare. Crane este primul villain care îl învinge pe Batman, dozându-l cu toxină și dând foc. Relația sa sadică cu psihologia fricii se vede în scena cu mafiotul Carmine Falcone, interpretat de Tom Wilkinson, unde schimbarea de ton a lui Murphy arată că Crane nu este un simplu birocrat corupt. Umorul său sarcastic se menține până la ultima apariție, când îl condamnă pe Jim Gordon, interpretat de Gary Oldman, și pe alții la moarte prin exil.
Între filmele cu Batman, Nolan și Murphy au realizat „Inception”. Murphy joacă visătorul și ținta echipei: Robert Fischer, moștenitorul unui imperiu petrolier marcat de moartea tatălui său dezaprobator, interpretat de Pete Postlethwaite. Dominic Cobb, interpretat de Leonardo DiCaprio, și echipa sunt angajați de Mr. Saito, interpretat de Ken Watanabe, să planteze o idee în mintea lui Fischer. Într-un interviu acordat Irish Central în 2010, Murphy a spus că s-a documentat despre fiii lui Rupert Murdoch pentru a înțelege cum se simte cineva crescut în umbra unui titan al industriei și că l-a jucat pe Fischer ca pe un copil obraznic care are nevoie de multă atenție paternă. Filmul este citit adesea ca o alegorie a filmmaking-ului, iar Fischer reprezintă publicul care trebuie convins. Momentul în care Fischer vede iluzia tatălui său pe patul de moarte și primește asigurarea că a fost iubit rămâne punctul emoțional central, iar Murphy trebuie să convingă de sinceritatea acelei prăbușiri.
„Oppenheimer” a câștigat numeroase premii la cea de-a 96-a ediție a Oscarurilor, inclusiv cel mai bun actor pentru Murphy în rolul tatălui bombei atomice. Performanța este transformatoare: actorul a slăbit pentru a reproduce fizicul uscat al lui Oppenheimer și și-a remodelat vocea, inspirându-se dintr-o combinație între Orson Welles și Fred Rogers. În ciuda acestor repere de transformare, interpretarea nu este ostentativă. Murphy devine Oppenheimer, explorând cum defectele acestuia au dus la cădere. Actorul excelează în scenele care arată consecințele geniului lui Oppenheimer, precum întâlnirea cu colonelul anticomunist Pash, interpretat de Casey Affleck, sau ezitarea în fața președintelui Harry Truman, interpretat de Gary Oldman. În momentele de tăcere, în special la final, când personajul își imaginează sfârșitul în flăcări al lumii, Murphy arată cât de reală și de greu de purtat a fost vinovăția lui Oppenheimer.
