Antonio Vega fue el tercero de seis hermanos de una familia de clase media-alta madrileña; su padre era un afamado médico traumatólogo. De carácter inquieto, destacó pronto en casi cualquier disciplina, tanto en las físicas como en las intelectuales. En unas pruebas psicológicas puntuó 168 de cociente intelectual.3 Estudió en el Liceo Francés de Madrid, donde actuó por primera vez a los 14 años.

Inició diferentes estudios, que no llegó a terminar: arquitectura, sociología, pilotaje de aviones. En 1977 cumplió su servicio militar en Valencia, durante el cual compuso su canción más conocida, Chica de ayer. Finalmente, en 1978 entraba a formar parte de Nacha Pop, que se formaba entonces con exmiembros de Uhu-helicopter, la banda de Nacho García Vega, con la que Antonio ya tocaba ocasionalmente antes de irse a la mili.

La carrera en solitario de Antonio Vega comenzaría marcada por su etapa anterior, de la que saldría como un músico consagrado y muy respetado por sus compañeros de profesión. Así pues, el músico mantendría la misma línea de creación durante su etapa de solista, aunque acentuando en algún sentido su vocación más intimista, quizá por la ausencia de la influencia musical de García Vega.

Su primer disco en solitario data de 1991 y llevó por título No me iré mañana. En él se mezclan temas más poperos, como Esperando nada (que más tarde versionaría la cantante chilena Nicole y que daría lugar a un álbum homónimo, el segundo de la cantante desde 1989), Háblame a los ojos o Lo mejor de nuestra vida, con temas más próximos a un estilo de la denominada canción de autor, como Tesoros o Se dejaba llevar por ti, canción de la cual el propio músico reconocería que hacía alusión a su adicción a la heroína.

En 1992 se publicó un recopilatorio que mezclaba algunas de sus mejores canciones de la época de Nacha Pop con temas de su primer disco como solista. Se incluía asimismo una versión de la canción Ansiedad, de Chelique Sarabia, y una maqueta de otro de sus temas más conocidos, El sitio de mi recreo, que también daba nombre al disco.

Su siguiente trabajo, Océano de sol, vería la luz en 1994, cuando Vega se desplazaría hasta Inglaterra para trabajar con Phil Manzanera, ex guitarrista de Roxy Music y productor musical que se ocuparía de la producción del disco. Sin embargo, Vega no quedó satisfecho con el trabajo de Manzanera, atribuyendo a este falta de profesionalidad, así como diferencias en la concepción del trabajo. Del disco destacan temas como Vapor, Palabras o una segunda versión más trabajada de El sitio de mi recreo.

Al año siguiente colabora en el primer disco tributo a Joan Manuel Serrat, que llevaría por nombre Serrat, eres único (1995), con el Romance de Curro el Palmo. También participó en 1997 en el Tributo a Queen, con el tema Días que no volverán, versión en español de la canción These are the days of our lives publicada por la banda británica en su álbum Innuendo, de 1991. Mientras se grababa este álbum, el vocalista de Queen Freddie Mercury vivía sus últimos meses de vida antes de fallecer de SIDA el 24 de noviembre de 1991.

Tras un silencio de cuatro años se publica el disco Anatomía de una ola, más acústico y tranquilo que los anteriores. En él se recogen temas como Ángel caído, dedicada a Vincent Van Gogh o Como la lluvia al sol, canción ya grabada por Luz Casal en su álbum de 1995 Como la flor prometida. En este disco se hallaba también una versión de Agua de río, del grupo Sonora, compuesto entre otros por varios amigos de Vega, Basilio Martí y Nacho Béjar, muy influenciados por aquel en su único LP, Arquitectura de la soledad.

Con la muerte en 1999 del líder de Los Secretos Enrique Urquijo la banda publica un disco homenaje con el título A tu lado, y en el cual Vega interpretó la canción Agárrate a mí, María.

Tras una etapa con la discográfica Polydor se produce su fichaje por EMI, que edita en 2001 De un lugar perdido, un disco corto en el que destacan temas como Estaciones, Para bien y para mal o A trabajos forzados, poema de Antonio Gala al cual pone música. Ese año también colabora con Jarabe de Palo en el tema Completo, incompleto, dentro del disco De vuelta y vuelta.

En 2002 publica su particular Básico, basado en un concierto acústico ofrecido el 5 de julio de 2001 en el Círculo de Bellas Artes de Madrid y en el que incluye tanto versiones de su repertorio clásico como algún tema inédito.

A finales de 2003 participa como solista en el tributo a la banda española Hombres G, interpretando la canción La carretera. Esta versión fue una de las incluidas en Escapadas, disco que salió al mercado en 2004 y en el cual contaba con colaboraciones de otros artistas como Amaral, con los que canta Cómo hablar; Pau Donés, con quien cantaba a dueto Completo, incompleto, o Elefantes, con los que realiza una versión de Que yo no lo sabía. También en ese mismo año participa en el homenaje colectivo al poeta Pablo Neruda en su centenario, que llevaba el título de Neruda en el corazón. La muerte de su compañera sentimental Marga (Margarita del Río), el 11 de febrero de 2004, con la que llevaba desde finales de los noventa y coautora de algunos de sus temas, supone un duro golpe para Vega, que sufrió seguidamente una neumonía que le tuvo hospitalizado. E incluso le llevó a atravesar un periodo de depresión. Posteriormente compondría su último disco en solitario, 3000 noches con Marga, editado en 2005, en el que se incluyen temas como Ángel de Orión, Caminos infinitos, Pasa el otoño o la instrumental 3000 noches con Marga.

En 2007 Antonio se reúne con Nacho García Vega y deciden volver al escenario como Nacha Pop en una gira por España, además de su aparición en el DVD Historia sinfónica del pop español junto a Germán Coppini, Javier Andreu, José María Granados y otras leyendas del pop español. También colaboraría en el tema Ahora qué de Conchita, incluido en su álbum de debut, Nada más. En marzo del mismo año graba a dúo con Miguel Bosé una versión de El sitio de mi recreo que el cantante incluiría en el disco conmemorativo Papito.

El proyecto valenciano Escoles de Nicaragua, que tenía como objetivo recaudar fondos con destino a la construcción de infraestructura educativa en el país centroamericano, le lleva a participar en Un sueño compartido, disco que el grupo Un Mar al Sur realizó para este fin.

Tras acabar la gira con Nacha Pop vuelve a su carrera en solitario y continúa dando conciertos, orientando en los últimos tiempos su gira a los escenarios teatrales con el respaldo de una banda en la que estaba Basilio Martí, que también era su representante musical. Esta serie de conciertos estaba pensada para dar lugar a un nuevo disco en directo. En marzo de 2009 presentó, en el que sería a la postre su último concierto, una de sus últimas composiciones: Antes de haber nacido. Su último concierto tuvo lugar el 28 de marzo de 2009 en el Kafe Antzokia de Bilbao.

Antonio Vega tenía desde los ochenta graves problemas con la drogodependencia, un hecho que con el tiempo había dejado de ser un secreto para el público, debido a su deterioro físico, para convertirse en un componente más de su aura de cantante maldito.

El 20 de abril de 2009 fue ingresado en el Hospital Puerta de Hierro de Madrid debido a una neumonía aguda que le obligó a suspender su gira. Falleció el 12 de mayo siguiente, a los 51 años de edad, a consecuencia de un cáncer de pulmón que le habían diagnosticado meses antes.

Con Nacha Pop
Álbumes de estudio
1980: Nacha Pop (Hispavox, 1980)
1982: Buena disposición (Hispavox, 1982)
1983: Más números, otras letras (DRO, 1983)
1985: Dibujos animados (Polydor, 1985)
1987: El momento (Polydor, 1987)

EP
Una décima de segundo (DRO, 1984)

Álbumes en directo
1988: Nacha Pop 1980-1988 (Polydor, 1988)
2008: Tour 80-08 Reiniciando

Recopilatorios
1996: Bravo. Editado solo en México
1997: Lo mejor de Nacha Pop, Rico y Antonio Vega
2003: Un día cualquiera. Colección de canciones
2005: La más completa colección

En solitario
Álbumes de estudio
1991: No me iré mañana
1994: Océano de sol
1998: Anatomía de una ola
2001: De un lugar perdido
2005: 3000 noches con Marga

Álbumes en directo
2002: Básico (concierto acústico en el Círculo de Bellas Artes de Madrid)
2012: Antes de haber nacido (selección de grabaciones de su última gira)

Recopilatorios
1992: El sitio de mi recreo (recopilatorio de sus mejores baladas)
2004: Autorretratos (recopilatorio)
2004: Escapadas (disco de colaboraciones)
2009: Canciones 1980-2009 (recopilatorio póstumo)

Con Un Mar al Sur
2008: Un sueño compartido

Homenajes
1993: Ese chico triste y solitario
2010: El alpinista de los sueños