Destacó por su colaboración con artistas como Brigitte Bardot, Danièle Delorme, María Casares, Suzanne Flon, Gérard Philipe, Jean-Louis Barrault, Jean-Luc Godard, Samuel Beckett, Günter Grass o Michel Simon.
En 1960, con Mélissa, ganó el Concurso de las Jóvenes Compañías.
Desde 1960 a 2005 fue director en varios teatros, entre ellos el Teatro de los Campos Elíseos (1960-1963), el Théâtre de Poche Montparnasse (1964-1966), el Centre dramatique du Sud-Est (1967-1975, con base en Aix-en-Provence y más adelante en Marsella), el Théâtre Récamier (1975-1978), el Théâtre de Orléans (1980-1982), la Ópera Nacional de Lorraine (1982-1996), Les Soirées d’Été de Gordes (1994-2000) y el Théâtre de Tarascón (2002-2005).
Casado con la actriz Chantal Darget, fue suegro de la actriz, escritora y periodista Christophe Bourseiller, y padre de la torera Marie Sara y de la diseñadora cinematográfica de vestuario Rosalie Varda.
Antoine Bourseiller falleció en 2013, a los 82 años de edad, en Arlés, Francia .