Сын Августа II и его второй супруги Доротеи Ангальт-Цербстской, он взошёл на престол в 1685 году вместе со своим братом Эдуардом Августом, а после его смерти в 1704 году сделался единодержавным.
После того, как в 1707 году его внучка Елизавета Кристина приняла по его наущению католицизм и в 1708 году вышла замуж за тогдашнего претендента на испанский престол, впоследствии германского императора Карла VI, он в 1710 году открыто перешёл в Бамберге на сторону католицизма.
Стремясь к внешней пышности, он вместе с тем, благодаря своему воспитанию, полученному под руководством историка и лингвиста Шоттеля, был усердным покровителем наук и искусств и членом Пальменского ордена. Помимо прочего, он значительно расширил библиотеку в Вольфенбюттеле.
Кроме некоторых опер, написанных им по случаю придворных празднеств, он оставил духовные песни, которые были изданы под заглавием «Christf?rstliches Davids Harpfenspiel» (Нюрнб., 1667, Вольфенб., 1670, 1856). Музыку к ним написала его мачеха София Елизавета Мекленбургская.
Также перу герцога принадлежат два романа: «Светлейшая сириянка Арамена» (Die durchlauchtige Syrerinn Aramena, 5 т., Нюрнб., 1669—73—1678; краткое извлечение сделано С. Альбрехтом, 3 т., Берл., 1782—1786) и «Римская Октавия» (Die R?mische Octavia, 6 т., Нюрнб., 1677—1685; 7 т., Брауншв., 1712). Оба романа, в особенности второй, были в свое время сильно распространены и пользовались громкой славой; они страдают обширностью объема, запутанностью сюжета и часто невероятностью событий, но замечательны по нравственности своего содержания и простоте языка. Многие эпизоды имеют своим основанием факты тогдашней придворной жизни.
Антон Ульрих женился 17 августа 1656 года на Елизавете Юлиане Гольштейн-Норбургской (1634—1704), дочери Фридриха Шлезвиг-Гольштейн-Норбургского. У супругов родилось 13 детей, шесть из которых умерло на первом году своей жизни.