Antonina se narodila v roce 1916 v obci Bakunin. Její rodina se záhy přestěhovala do Moskvy. Po absolvování základní školy se přihlásila ke studiu biologie na tamní univerzitě. Současně byla členkou Dzeržinského leteckého klubu, a tak není divu, že se krátce po napadení Sovětského svazu nacistickým Německem v létě 1941 přihlásila k vojenskému letectvu.

Stala se příslušnicí ženského 586. stíhacího leteckého pluku. Jednotka bránila před útoky strojů Luftwaffe zejména město Saratov a okolí. Poté byla přidělena k 434. stíhacímu pluku se kterým se od října 1942 zúčastnila obrany Stalingradu. V prosinci 1942, poté, co byla její jednotka nasazena k podpoře útoku na město Velikej - Luki, byla i se svým wingmanem sestřelena, měla však štěstí a zakrátko se opět hlásila do služby.

Již 10. ledna 1943 měla opět velké štěstí, podpořené ale skvělou pilotáží, když se utkala se dvěma Messerschmitty Bf 109, přičemž jeden sestřelila, její stroj však utržil rovněž těžké poškození a Antonina musela nouzově přistávat mimo letiště "na břicho". 22. února 1943 byla vyznamenána Řádem vlastenecké války 2. stupně.

Na začátku května 1943 byla povýšena na poručíka. S tím souviselo i její převelení k 65. gardovému stíhacímu leteckému pluku, s nímž se zúčastnila leteckých bojů u Brjanska. Pět dní před svou smrtí, tedy 12. července 1943, byl její pluk poslán jako posila ke kurskému bojišti.

17. července 1943 odstartovala spolu s dalšími třemi letouny Jak - 9 65. gardového stíhacího leteckého pluku k dalšímu bojovému letu, když byly sovětské stíhačky napadeny přesilou 30 strojů Luftwaffe, a rychle všechny sestřeleny. Antonina Lebeděvová byla prohlášena za nezvěstnou. Až v roce 1982 byl studenty u obce Betovo v Bolhovské oblasti nalezen vrak Jaku - 9, jenž měl patřit stíhacímu pluku Normandie - Němen. V kokpitu byly nalezeny lidské ostatky s padákem, pistolí, nožem a doklady, které však ukázaly, že stroj patřil Antonině Lebedědové. To potvrdil i nález jednoho z kulometů, který nesl sériové číslo letounu, který v den zmizení Antonina pilotovala. Hrob statečné pilotky, která si připsala jeden samostatný a tři skupinová vítězství, se dnes nachází v bývalém státním statku v obci Vyjazovky.