Nach ihrem Studium der Kulturwissenschaften und Ästhetischen Praxis an der Universität Hildesheim sowie der médiation culturelle an der Université de Provence Aix/Marseille arbeitete Antonia Marten vorerst an freien Kunst-, Theorie- und Theaterprojekten in Hildesheim, Berlin und Weimar.
Zwischen 2006 und 2012 war sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin, Kuratorin und Projektleiterin für das ZKM | Zentrum für Kunst und Medien Karlsruhe tätig und dort an der Konzeption und Realisierung zahlreicher Ausstellungsprojekte beteiligt – zuletzt u.a. „The Global Contemporary. Kunstwelten nach 1989“ (2011/2012). Zwischenzeitlich arbeitete sie als wissenschaftliche Referentin an der Staatlichen Hochschule für Musik und Darstellende Kunst (HMDK) Stuttgart sowie als freie Kunstwissenschaftlerin und Kulturvermittlerin in Karlsruhe.
Seit 2014 initiiert sie mit dem Kollektiv fortda Projekte zur Kunstvermittlung und Kulturellen Bildung.
Im April 2018 übernahm Antonia Marten gemeinsam mit Regina Fasshauer die Leitung des Kunstbüros der Kunststiftung Baden-Württemberg in Stuttgart. Darüber hinaus ist sie als wissenschaftliche Referentin für den an der HMDK Stuttgart angesiedelten „Campus Gegenwart“ tätig.