Antonia Desplat hizo su debut actoral a los 14 años en la serie Jeff et Léo, flics et jumeaux. Desplat tardó nueve años en regresar al set de grabación y en 2017 apareció en una serie y un cortometraje. Además, prestó su voz para el videojuego Total War: Warhammer II (2017). Tuvo un papel principal en la cinta Operation Finale (2018) e hizo su debut como guionista un año después con el cortometraje Held for a moment (2019). Por su actuación en este corto, ganó el Premio a la Mejor Actriz en los Premios del Cine Independiente de Londres 2019. En 2020 pudimos verla en la serie de Netflix Carta al rey y trabajó bajo la dirección de Wes Anderson en la aclamada cinta La Crónica Francesa (2021). En 2022 interpreta el papel principal de Karla Saaranen en la serie original de Apple TV+ Shantaram, que sigue a un adicto a la heroína encarcelado por un robo que escapa de prisión y se reinventa como médico en barrios marginales.