Investigó la herencia biológica en el coleóptero Phytodecta variabilis (Gonioctena variabilis) descubriendo la existencia de genes en el cromosoma Y de dicho insecto y por tanto que la herencia genética estaba unida al sexo.

Su familia donó en el año 2000 su Archivo a la Residencia de Estudiantes.

[2]​ Cursó después la licenciatura en Ciencias Naturales en Madrid y Barcelona.

La Jefatura del laboratorio fue desempeñada por Antonio Zulueta desde la fecha de su creación en 1913 -con un paréntesis debido a la depuración que sufrió tras el fin de la guerra- hasta su muerte en 1971.

[cita requerida] El aporte de Zulueta probaba la presencia de genes dominantes en el cromosoma Y, -propio de los machos-, el cual se había considerado que no aportaba información ya que sólo tenía genes recesivos que no llegaban a manifestarse.

[cita requerida] Acabada la guerra en 1939, Zulueta sufrió el exilio interior de los que quedaron en España.

Posiblemente la causa más profunda de su depuración y castigo fuera el que su hermano Luis hubiera sido ministro de Estado con Manuel Azaña durante la II República y también embajador de España en Berlín y ante la Santa Sede quien, después de terminada la Guerra Civil, tuvo que exiliarse a Colombia y Estados Unidos.

Escribe Fernando Galán que Antonio Zulueta fue un hombre de ciencia español «cuyo auténtico mérito sobrepasa muchísimo al reconocimiento público que de él se ha hecho».