Antoine Walker se narodil 12. srpna 1976 v Chicagu ve státě Illinois. Už na střední škole Mount Carmel High School v Chicagu patřil mezi nejlepší basketbalisty v zemi. Po úspěšné středoškolské kariéře zamířil na prestižní University of Kentucky, kde se stal klíčovým hráčem týmu Wildcats pod vedením trenéra Ricka Pitina. V sezóně 1995-1996, ve svém druhém ročníku na univerzitě, dovedl Walker tým k zisku titulu šampiona NCAA, když ve finále porazili Syracuse. V tomto šampionátu byl jedním z nejdominantnějších hráčů a jeho všestrannost na hřišti, kombinující skórování, doskoky a přihrávky, přitáhla pozornost skautů NBA. Po dvou letech na univerzitě se rozhodl přihlásit do draftu NBA.
V roce 1996 byl Antoine Walker vybrán v NBA draftu jako šestý celkově týmem Boston Celtics. Okamžitě se stal důležitou součástí týmu a ve své nováčkovské sezóně 1996-1997 odehrál 82 zápasů, ve kterých zaznamenal průměrně 17.5 bodu, 9.0 doskoku a 3.2 asistence na zápas. Byl jmenován do prvního týmu NBA All-Rookie. Během svých prvních let v Bostonu se rychle etabloval jako jeden z nejproduktivnějších hráčů ligy. Jeho hra byla charakteristická pro jeho schopnost skórovat z různých pozic, včetně neobvyklého množství střel za tři body na svou pozici, a to vše s výrazným „The Shake“ driblinkem, který se stal jeho poznávacím znamením. V sezóně 1997-1998 si vysloužil svou první účast v NBA All-Star Game. V téže sezóně dosáhl průměrů 22.4 bodu, 9.6 doskoku a 3.7 asistence.
V roce 1998 se k Celtics připojil Paul Pierce, a společně s Walkerem vytvořili jednu z nejnebezpečnějších útočných dvojic v lize, často označovanou jako „The Two To’s“. Spolupráce Walkera a Pierce přinesla Celtics novou naději po letech tápání. V sezóně 2001-2002, pod vedením trenéra Jima O’Briena, se Celtics s Walkerem a Piercem v čele poprvé po mnoha letech probojovali do finále Východní konference, kde prohráli s New Jersey Nets. Walker v této sezóně zaznamenal průměrně 22.1 bodu, 8.9 doskoku a 5.0 asistence a byl podruhé v kariéře jmenován NBA All-Star. Jeho schopnost hrát na několika pozicích a jeho ofenzivní talent byly klíčové pro úspěchy týmu. Walker byl známý pro svůj vysoký počet střel, zejména za tři body, což bylo na tehdejší dobu u hráče jeho velikosti a pozice poměrně neobvyklé. Během svého prvního působení v Bostonu strávil sedm sezón, ve kterých se stal jedním z nejoblíbenějších hráčů u fanoušků.
Po sezóně 2002-2003, kdy Celtics nepostoupili do play-off, byl Antoine Walker v říjnu 2003 vyměněn do Dallas Mavericks. V Dallasu strávil pouze jednu sezónu, ve které se snažil zapadnout do týmu plného hvězd jako Dirk Nowitzki a Steve Nash. Jeho role se změnila a často hrál jako šestý hráč z lavičky. I tak si udržel solidní statistiky, s průměrem 14.0 bodu a 8.3 doskoku. V srpnu 2004 byl součástí velké výměny, která ho poslala do Atlanta Hawks. Ani zde se dlouho neohřál, odehrál 53 zápasů s průměrem 11.4 bodu a 9.4 doskoku, než byl v únoru 2005 vyměněn zpět do Boston Celtics. Jeho návrat do Bostonu byl krátký, odehrál pouze 13 zápasů v sezóně 2004-2005. I přes krátké působení byl fanoušky vřele přijat.
V srpnu 2005 byl Walker znovu vyměněn, tentokrát do Miami Heat. Tento přestup se ukázal jako klíčový moment jeho kariéry. V Heat se Walker stal důležitým hráčem z lavičky, který přinášel do hry energii a skórovací schopnosti. Jeho role byla spíše doplňující k hvězdám jako Dwyane Wade a Shaquille O’Neal, ale jeho zkušenosti a schopnost střílet za tři body byly pro tým neocenitelné. V sezóně 2005-2006 se Walker s Miami Heat probojoval do finále NBA. V sérii proti Dallas Mavericks hrál Walker klíčovou roli, zejména v klíčových zápasech, kdy přispěl důležitými body a doskoky. Miami Heat nakonec zvítězili 4-2 na zápasy a Antoine Walker získal svůj první a jediný mistrovský titul NBA. V té mistrovské sezóně odehrál 78 zápasů s průměrem 12.2 bodu a 5.1 doskoku. Jeho přínos v play-off byl často nad průměry základní části, což podtrhovalo jeho schopnost hrát pod tlakem.
Po mistrovské sezóně strávil Walker ještě jednu sezónu v Miami Heat, v níž se týmu nepodařilo zopakovat úspěch. V říjnu 2007 byl vyměněn do Minnesota Timberwolves. V Minnesotě odehrál pouze 29 zápasů, většinou z lavičky, s průměrem 8.0 bodu a 3.7 doskoku. V srpnu 2008 byl opět vyměněn, tentokrát do Memphis Grizzlies, ale ještě před začátkem sezóny byl propuštěn. To znamenalo konec jeho dlouhé a úspěšné kariéry v NBA.
Po odchodu z NBA se Walker snažil pokračovat v basketbalové kariéře. V roce 2010 krátce působil v lize BSN v Portoriku za tým Mets de Guaynabo. Následně se pokusil o návrat do NBA přes NBA D-League (nyní G-League), kde hrál za tým Idaho Stampede v sezóně 2009-2010 a 2010-2011. Jeho snaha o návrat do nejvyšší ligy však nebyla úspěšná. Během těchto let se Walker potýkal s vážnými osobními a finančními problémy. V roce 2009 byl zatčen za neuhrazené dluhy z hazardu a v roce 2010 podal žádost o bankrot. Přišel o většinu svého majetku, který během kariéry vydělal. Tyto zkušenosti ho přiměly k tomu, aby se po ukončení aktivní kariéry věnoval osvětě o finanční gramotnosti pro mladé sportovce. Dnes působí jako basketbalový analytik a ambasador pro Boston Celtics, sdílí své zkušenosti a pomáhá dalším generacím sportovců vyhnout se podobným chybám.