Антуан Орлеанский получил титул королевского высочества в 1830 году, когда его отец стал королём французов.
В 1842 году он был назначен лейтенантом 3-го артиллерийского полка, в 1843 году поднялся до ранга капитана 7-го пехотного полка. В 1844 году воевал в Алжире и отличился при Бискре, за что отец сделал его кавалером ордена Почётного легиона. Позже Антуан был назначен шефом эскадрона 8 августа 1844 и подполковником 22 марта 1845 года.
В 1845 году он совершил путешествие на Ближний Восток, в Грецию, Тунис и Египет со своим другом и секретарем Антуаном де ля Тур. В это время Франция и Великобритания обсуждали брачные союзы дочерей короля Испании Фердинанда VII: инфанта Луиза Фернанда была обещана герцогу Монпансье, а её старшая сестра, королева Изабелла II, должна была стать женой своего кузена испанского инфанта Франсиско де Асиса Бурбона.
13 августа 1846 года герцог был возведен в ранг полковника и его отец назначил его бригадным генералом и командантом артиллерии. 10 октября того же года прошло празднование свадьбы Антуана с Луизой Фернандой.
С революцией 1848 года королевская семья была вынуждена покинуть Францию. После остановки в Англии, Антуан с женой отправились в Испанию. Приехав, они остановились в Севилье, во дворце Сан Телмо, а затем в Орлеанском дворце в Санлукар-де-Баррамеда. В 1859 году герцог Монпансье получил от королевы Изабеллы II титул инфанта Испании.
Антуан был одним из спонсоров революции 1868 года, возглавляемой генералом Хуаном Примом и свергнувшей королеву. Несмотря на это, новое правительство потребовало от герцога покинуть Испанию, и тот был вынужден уехать на год в Португалию.
В 1870 году Антуан был приговорен к месяцу ссылки из Мадрида и штрафу за убийство на дуэли инфанта Энрике Бурбона, герцога Севильского, сына Луизы Бурбон-Сицилийской и деверя королевы Изабеллы II. Причиной дуэли послужило оскорбительное высказывание Генриха, опубликованное в газете «La Época».
Несколько месяцев позже, голосование кортесов провозгласило новым королём Испании Амадея Савойского, получившего 191 голос из 307. Антуан Орлеанский остался далеко позади с 27 голосами.
После отречения Амадея Антуан отказался от притязаний на корону в пользу своего племянника Альфонса Бурбона (впоследствии король Альфонс XII), женившегося (в первый раз) на дочери Антуана, Марии-Мерседес. С тех пор он жил частным человеком, то в Испании, то во Франции. Другая его дочь, Мария Изабелла, вышла замуж за Луи-Филиппа, графа Парижского.
Герцог де Монпансье умер от апоплексии мозга в возрасте 65 лет.