Né à Montauban (Tarn et Garonne) en 1861, Antoine Bourdelle découvre la sculpture dans l'atelier de son père, artisan sculpteur sur bois. A l'âge de quinze ans, il reçoit une bourse d'études pour l'Académie des Beaux-Arts de Toulouse.

En 1884, il vient à Paris et entre à l’Ecole des Beaux-Arts, dans l’atelier du sculpteur Alexandre Falguière (1831-1900). Il reçoit aussi les conseils de Jules Dalou.
En 1885, il loue un atelier à Montparnasse où il vit et travaille jusqu’à sa mort : c’est aujourd’hui le musée Bourdelle. Il participe pour la première fois au Salon des Artistes Français.
A partir de 1891, il expose au Salon de la Société Nationale des Beaux-Arts.
En 1888, apparaît la figure de Beethoven, un motif qu’il reprendra tout au long de sa vie. 
Pour gagner sa vie, il entre en 1893 comme praticien dans l’atelier de Rodin : il y reste 15 ans (jusqu’en 1908) et une véritable amitié s’établit entre les deux hommes.
En 1895, il reçoit de sa ville natale la commande du Monument aux Combattants et Défenseurs du Tarn- et-Garonne de 1870 (1897-1900). 
D’abord influencé par l’art de Rodin, Bourdelle développe à partir des années 1900 son propre style, inspiré par la Grèce archaïque.
Il rajeunit les thèmes mythologiques : Tête d’Apollon (entre 1900 et 1909), Pallas (1905), Héraklès archer (1909), Le Fruit (1902-1911), Pénélope (1907-1912), le Centaure mourant (1911-1914), Sapho (1887- 1925), Naissance d'Aphrodite (1924, frise en stuc coloré pour le dessus de scène de l'Opéra de Marseille). 

En 1901, naît Pierre, fils de Bourdelle et de Stéphanie Van Parys, que Bourdelle épouse en 1904.
En 1906, Bourdelle rencontre Cléopâtre Sevastos, qui devient sa femme en 1910 et lui donne une fille, Rhodia, en 1911.

Sa première exposition personnelle se tiendra en 1905, à la Galerie Hébrard, rue Royale. Cette même année, il expose pour la première fois au Salon d’automne.

A partir de 1909, il donne des cours à l'Académie de la Grande Chaumière. Parmi ses nombreux élèves, il forme Alberto Giacometti, Germaine Richier, Vieira da Silva, Otto Gutfreund.
Nommé Chevalier de la Légion d'honneur en 1909, il deviendra officier en 1919, commandeur en 1924. En 1910, la sculpture Héraklès archer lui vaut un immense succès critique et public. 
De 1910 à 1913, il participe au décor du Théâtre des Champs-Elysées .

Il connaît un énorme succès à la Biennale de Venise en 1914. 

Après la guerre, il exécute de nombreuses commandes de monuments publics en France et à l'étranger.

Il participe à la création du Salon des Tuileries en 1923.

En 1925, il crée une statue monumentale de La France (une fonte sur le parvis du Palais de Tokyo, à Paris). 

Bourdelle est aussi un magnifique portraitiste: Ingres (1908), Rodin (1909), Anatole France (1919), Auguste Perret (1922), Autoportrait (1929)... 

Les dernières années de sa vie, Bourdelle expérimente la polychromie, avec des sculptures comme la Reine de Saba et Jeune fille de la Roche-Posay .

Bourdelle meurt le 1er octobre 1929 au Vésinet, chez son ami le fondeur Rudier.
Sa sculpture est marquée par le lyrisme, la monumentalité et le caractère architectural.