Figlio di Carlo di Borbone-Vendôme e di Francesca di Alençon, nacque a La Fère il 22 aprile 1518.
Conte di Marles, conte di Beaumont, duca di Vendôme.
Il 20 aprile 1548 sposò Giovanna d'Albret figlia di Enrico II re di Navarra e alla morte del suocero (1555) divenne re di Navarra. Avviò subito negoziati con la Spagna per ottenere la restituzione della Navarra spagnola occupata nel 1511 da Ferdinando il Cattolico. Le trattative con Filippo II andavano verso una soluzione che vedeva la cessione completa della Navarra da parte di Antonio in cambio del Milanese ma furono interrotte dall'imperatore Carlo V, padre di Filippo, decisamente contrario a quest'ipotesi.
Antonio di Borbone si schierò allora con Enrico II re di Francia per il quale nel 1558 combatté contro la Spagna, ma con la pace di Cateau-Cambresis il conflitto ebbe termine deludendo qualsiasi aspettativa di Antonio.
Dopo la morte di Enrico II entrò nel partito degli Ugonotti tentando di giovare la carta dello scontro di religione contro il suo avversario Filippo II ma fu arrestato nel 1560 sotto Francesco II insieme al fratello principe di Condè e detenuto per qualche tempo.
Francesco II morì il 5 dicembre 1560 e Antonio venne liberato. Nel 1561 fu nominato luogotenente generale del regno di Francia da Caterina de'Medici che in quel periodo aveva la reggenza per il figlio Carlo IX.
Finì con l'unirsi al partito dei Guida per combattere gli Ugonotti ma nel 1562 durante l'assedio di Rouen ricevette una ferita mortale.
Dei cinque figli di Antonio di Borbone e Giovanna d'Albret raggiunsero l'età adulta soltanto Enrico (Enrico IV re di Francia) e Caterina.
Da un'amante Antonio ebbe anche un figlio illegittimo di nome Carlo che fu arcivescovo di Rouen.