Начала заниматься шахматами в 4-летнем возрасте, а первую престижную награду завоевала в 1989 году, когда стала чемпионкой мира среди девочек до 10 лет. Потом стала чемпионкой Европы среди девочек, по быстрым шахматам, до 14 лет.
5 июня 2004 года Стефанова победила в финале за звание чемпионки мира среди женщин россиянку Екатерину Ковалевскую, с результатом 2,5 на 0,5 и стала чемпионкой мира по шахматам среди женщин.
С 22 ноября 2004 года Антоанета Стефанова носит звание «Почётный гражданин города Пловдива».
В 2012 году на чемпионате мира среди женщин в Ханты-Мансийске, заняла второе место, проиграв в финале на тай-брейке Анне Ушениной из Украины (2:2, 1½:½).
В 2021 году избрана в парламент Болгарии от коалиции «Есть такой народ». В апреле 2021 года выдвигалась на пост премьер-министра, но сразу вернула мандат на формирование правительства на том основании, что у протестных партий недостаточно голосов для формирования правительства, и подчеркнула своё нежелание формировать коалицию с ГЕРБ, БСП и ДПС.