Антоанета Стефанова започва да се занимава с шахмат на 4 годишна възраст. Когато е на 7 години става шампионка на София. Първата международна 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.

През 2004 г. 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. 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.

През 2011 г. Стефанова става носител на женската Европейска клубна купа с руския отбор АВС от Краснотуринск. 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.

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.

Антоанета е завършила икономика. Говори английски, руски и испански език, а ползва още френски, италиански и сърбохърватски.