Родена е през 1962 година в Добрич. Завършва езикова гимназия „Гео Милев” с английски и немски език в Добрич, медицина и здравен мениджмънт във Варна, обществено здраве в Маастрихт, Холандия и здравна политика в Англия. Работи като педиатър, експерт и изследовател в областта на управлението на здравеопазването.
През 2001 и 2005 година е избрана за член на българския парламент от НДСВ. Заместник-председател е на комисията по здравеопазване. Инициатор на идеята за създаване на фонд „Ин витро”.
През 2005 година е определена за евронаблюдател, а през 2009 е избрана за член на Европейския парламент, заместник-председател на Алианса на либералите и демократите за Европа (АЛДЕ). Тя е координатор на АЛДЕ в Комисията за правата на жените и равенството между половете, заместник-предсeдател на Комисията по енергетика и водни ресурси в евро-средиземноморската парламентарна асамблея, член е на Комисията по околна среда, обществено здраве и безопасност на храните, на Комисията по вътрешния пазар и защита на потребителите, на Делегацията за връзки с Канада, на Делегацията в Евро-средиземноморската парламентарна асамблея, на Делегацията за връзки с държавите от Машрек, на Делегацията за връзки с Иран.
Д-р Антония Първанова е единственият български член на Европейския парламент, който досега е номиниран от колегите си за „Евродепутат на годината”.
В края на последната пленарна сесия на Европейския парламент за 2010 година данните за дейността на д-р Антония Първанова сочат, че постоянната й ангажираност и активна роля от началото на мандата, я поставят на челно място сред най-активните евродепутати. Тя е изготвила 40 поправки по доклади, 19 парламентарни въпроса и е направила 23 изказвания в пленарна зала.
Основните дейности и постижения на евродепутата в периода от парламентарната лятна ваканция до момента са: Повече права за пациентите и по-добро здравеопазване в Европа
Д-р Първанова изигра решаваща роля при постигането на споразумение на второ четене със Съвета и Европейската комисия относно бъдещата директива за правата на пациентите при трансгранично здравно обслужване. В качеството си на главен докладчик за групата на АЛДЕ, тя твърдо заяви подкрепата си за гарантиране на правна сигурност и по-добро здравно обслужване на пациентите в Европа, както и за по-нататъшен напредък в сферата на електронното здравеопазване и оценката на технологиите в здравеопазването. Благодарение на нейния принос, Съвета и Комисията приеха специфични разпоредби, които улесняват пациентите, страдащи от редки заболявания.
Тя положи сериозни усилия в дебата по доклада за намаляване на неравнопоставеността в здравеопазването в Европа, като настоява за по-нататъшни действия на европейско ниво. Също така бе активно ангажирана с разработването на доклада на Европейския парламент за болестта на Алцхаймер, както и доклада за овладяването на избухналата през 2009 грипна епидемия H1N1.
Д-р Първанова организира и председателства серия от събития, представящи приоритетите в здравеопазването на европейско ниво, особено в сферата на здравния мениджмънт, електронното здравеопазване, мускулно-скелетните заболявания и оценката на технологиите в здравеопазването.
Д-р Първанова бе един от водещите участници в дебата, свързан с директивата за бременните работнички, която въвежда общи разпоредби в Европа за отпуска по майчинство. Нейната роля бе решаваща при приемането на позицията на Европейския парламент на първо четене - тя настоява за 20 седмици пълни обезщетения за всички майки в Европа.
Парламентът одобри Директивата за борба с трафика на хора, по която д-р Първанова бе главен докладчик за групата на АЛДЕ. Д-р Първанова предложи създаването на Европейски координатор за борба с трафика на хора, както и засилени съвместни действия и координация на полиция, прокуратура и съдебна власт и ефективно справяне с трафика на жени с цел проституция и на деца с цел незаконно осиновяване като форма на организирана престъпност.
Като координатор за групата на АЛДЕ, д-р Първанова продължава да е активно ангажирана по докладите, обсъждани в момента в комисията по правата на жените, най-вече относно бъдещата директива за борба със сексуалното малтретиране, сексуалната експлоатация на деца и детската порнография, както и доклада за насилието над жени.
Като член на Парламентарната асамблея на Съюза за Средиземноморието, д-р Първанова изготви доклад за защитата на морската среда в Средиземноморието, който тя представи пред Комисията по енергетика, околна среда и водите в качеството си на вицепрезидент на тази комисия. Тя участва активно в дискусиите и дебатите относно мирния процес в Близкия изток и правата на жените в конфликтни зони.
Като член на Делегацията на Европейския парламент за връзки с Канада, д-р Първанова повдигна въпроса за проблема с визовите изисквания за българските граждани от името на Европейския парламент пред Канадския сенат и правителство. Д-р Първанова продължава действията за равноправно отношение към всички граждани на ЕС и за премахване на визовите изисквания към българите. Тя инициира писмена декларация и устен въпрос в пленарна зала по темата.
Антония Първанова има две дъщери.
За нея се твърди, че е една от малкото познавачки на висшата мода, сред жените политици у нас.