Antoine Coypel étudie la peinture auprès de son père, le peintre décorateur Noël Coypel. Il le suit à Rome et poursuit sa formation auprès de l'école baroque. Il rencontre le Bernin et le prend pour guide.
Il est reçu à l'Académie Royale de peinture et de sculpture en 1681, il est alors à peine âgé de vingt-ans. Jusqu'à la fin des années 1690, ses toiles sont marquées par le rubénisme comme l'atteste son Démocrite (1692). Les oeuvres de Coypel sont servies par une science indiscutable du dessin. Il aborde principalement les thèmes historiques et les portraits.
En 1714 il est nommé directeur de l'Académie Royale. La même année il commence la décoration de la Galerie Enée au Palais-Royal, aujourd'hui détruite. En 1716, il devient Premier peintre du roi. Il décore le plafond de la Chapelle au Château de Versailles. Coypel est anoblit l'année suivante.
Il exécute au cours de sa carrière des gravures à l'eau-forte remarquables. Son fils Charles-Antoine et son demi-frère Noël Nicolas furent également peintres.
