Антонина Васильевна Петрова родилась в деревне Стрешево ныне Лужского района Ленинградской области в семье крестьянина. Молодой девушкой приехала в Лугу для поступления на проф курсы. Окончив их, стала швеей. Работала культработником в общежитии, а вскоре её пригласили в райком комсомола заведовать сектором учета. На заседаниях комитета она писала протоколы, выступала редко, но имела репутацию серьёзного, ответственного человека.
С началом войны начала заниматься в санитарном кружке: училась делать перевязки, бегала с носилками. Когда она пришла в райком партии с просьбой о зачислении в истребительный батальон, её взяли санитаркой. Истребительный батальон, под командованием Лукина, насчитывал более трехсот человек. Люди батальона выполнили несколько диверсионных заданий на прифронтовых дорогах, а также в тылу наступавших гитлеровских войск. Первым заданием было обнаружить вражескую колонну приближавшуюся к Луге. Е.Колоярова в своих воспоминаниях описывает: «Было это так. После настойчивых просьб, командир разрешил Тосе участвовать в засаде. Бойцы залегли за частым кустарником у шоссейной дороге… Наконец появилась машина с фашистами…Граната, брошенная Тосей, попала в цель. Вспыхнул развороченный радиатор. Грохнули взрывы позади и впереди немецкой автоколонны. Винтовочный огонь истребителей довершил разгром фашистов».
Через несколько дней после возвращения истребительного батальона в Лугу в августе 1941 года стала членом 2-го партизанского отряда, которым руководили братья Иван и Станислав Полейко. Всего в Луге действовало 8 партизанских отрядов. Они закладывали мины, портили телефонные и телеграфные линии. В течение трёх месяцев — с августа по октябрь 1941 года — минировались дороги Толмачево — Осьмино, Луга — Ляды. Четырежды выводились из строя железнодорожные пути на перегоне Толмачево — Мшинская. Было сбито 4 самолета. В отряде Полейко состояло 27 человек. Он совершил успешный налет на деревню Железо, где в здании школы размещалась хозяйственная часть фашистских войск. Отряд взорвал 6 мостов, один из них на железной дороге Ленинград — Витебск, которая являлась важнейшей магистралью фашистского фронта. А.Петрова участвовала почти во всех боевых операциях, который проводил 2-ой Лужский отряд. Также неоднократно отправлялась в разведку. В октябре 1941 года сообщила партизанам о появившихся в районе карателях, благодаря чему отряд Полейко не потерял тогда ни одного человека. В конце октября разведка из отряда Полейко, в том числе и А.Петрова, были отправлены на станцию Мшинская, о чём стало известно фашистским оккупантам. 4 ноября 1941 года в 10 км к юго-западу от посёлка Мшинская (Лужский район) партизанский лагерь, в котором в это время находилось 11 бойцов, был окружен крупным отрядом карателей. Петрова дала сигнал тревоги. Первой вступила в бой и храбро сражалась до последнего патрона.
Звание Героя Советского Союза присвоено 8 апреля 1942 года посмертно.