Marsella. Abandonó Francia en 1983 y permaneció en el extranjero durante los diez años siguientes. En 1990 empezó a estudiar fotografía en el International Center of Photography de Nueva York, con Larry Clark y Nan Goldin. En 1991-92 trabajó como becario en el departamento editorial de Magnum. Regresó a Francia en 1993.
Sus primeros libros de fotografías, De Mala Muerte y Mala Noche, se publicaron en 1998, y al año siguiente la Galerie Vu empezó a distribuir su obra. En 2001 publicó Hometown, y ganó el Premio Niépce para jóvenes fotógrafos. Siguió publicando con regularidad: Vortex e Insomnia aparecieron en 2003, acompañando a su exposición 1001 Nuits, inaugurada en París en septiembre; Stigma se publicó en 2004, y Manifeste en 2005.
En 2004 d'Agata se incorporó a Magnum Photos y ese mismo año rodó su primer cortometraje, Le Ventre du Monde (El vientre del mundo); este experimento dio lugar a su largometraje Aka Ana, rodado en 2006 en Tokio. Desde 2005, Antoine d'Agata no tiene lugar fijo de residencia, sino que ha trabajado en todo el mundo.