Родена е на 19 април 1979 г. в София. Започва да се занимава с шахмат на 4-годишна възраст като първите уроци получава от баща си Андон Стефанов. На 7 години е шампионка на София, а първата престижна награда получава през 1989 г., когато става световна шампионка по шахмат за девойки до 10-годишна възраст. След това става европейска шампионка по ускорен шахмат за девойки до 14-годишна възраст.
От 1994 г. Стефанова е гросмайстор за жени. През 2002 г. печели Европейското индивидуално първенство по шахмат за жени във Варна. Същата година става първата и засега единствена българка, носител на най-високото звание – международен гросмайстор при мъжете.
Най-силната година в кариерата на Антоанета е 2004 г., когато тя печели силния гросмайсторски турнир в Джакарта и става 3-та на Европейското първенство в Дрезден.
На 5 юни 2004 г. Антоанета Стефанова побеждава на финала за световната титла по шахмат за жени рускинята Екатерина Ковалевская, след като общият резултат след трите партии е 2,5 на 0,5 в полза на българката. Така на 25 години става десетата световна шампионка по шахмат за жени. Притежава титлата до 2006 г.
От 1992 до 2010 г. участва на девет шахматни олимпиади за жени, където изиграва 84 партии (33 победи, 38 равенства и 13 загуби) и спечелва за България 52 точки. През 2000 г. става единствената българка, участвала в шахматна олимпиада за мъже като печели 3 точки от 7 партии (+2,=2,-3).
През 2011 г. Стефанова става носител на женската Европейска клубна купа с руския отбор АВС от Краснотуринск. Бившата световна и европейска шампионка постига 4,5 точки от 6 възможни без нито една загуба, като побеждава тогавашната световна шампионка китайката Хоу Ифан. Печели сребърен и бронзов медал от Европейско първенство по шахмат.
На 3 юни 2012 г. Антоанета Стефанова печели възобновеното световно първенство по ускорен шахмат за жени в Батуми, Грузия и става втората световна шампионка по ускорен шахмат след унгарката Юдит Полгар (1992).
През декември 2012 година е световна вицешампионка след като губи финала за световната титла от украинката Анна Ушенина в руския град Ханти-Мансийск при равностойна игра – 2:2 в редовните партии и 0,5:1,5 в двете партии от тайбрека, продължили 89 и 94 хода.
От 1989 до март 2018 г. са записани 1656 нейни партии. От 1279 официални срещи има 492 победи, 492 ремита и 283 загуби. Постигнатата резултатност 58,2 % я нарежда непосредствено след Гата Камски (58,8 %), пред Милан Матулович (58 %), Веселин Топалов (57,9 %), водачката в световната ЕЛО класация на ФИДЕ при жените за всички времена Юдит Полгар (57,8 %), Франк Маршал (57,5 %), Роберт Хюбнер (57,2 %) и Рихард Рети (57,1 %).
На 22 ноември 2004 г. Стефанова става най-младият носител на званието „Почетен гражданин на Пловдив“.
Антоанета е завършила икономика. Говори английски, руски и испански език, а ползва още френски, италиански и сърбохърватски.
