Antonio González Balcarce era el hijo de un oficial del regimiento de Blandengues, el coronel barcelonés Francisco González Balcarce Lat, y la porteña Victoria Damasia Martínez Fontes Bustamante, y el hermano de los Balcarce: Juan Ramón, Marcos, Lucas, José, Diego y Francisco. Curiosamente, el único de los hermanos Balcarce que suele ser citado con el apellido completo de González Balcarce es Antonio; todos los demás son generalmente conocidos con el apellido Balcarce.
Antonio González Balcarce, a la edad de 13 años ingresó como cadete en el Cuerpo de Blandengues a las órdenes de su padre, siendo nombrado capitán en 1801.
Participó en la defensa de Montevideo durante las Invasiones Inglesas (1806), siendo hecho prisionero en 1807 y llevado a Londres. Liberado en Europa, fue ascendido a teniente coronel de caballería en 1807. En España combatió al lado de José de San Martín contra los ejércitos napoleónicos.
De regreso a Buenos Aires, Antonio González Balcarce formó parte de la Logia Lautaro, contribuyendo a la causa independentista. Tomó parte en la triunfante Revolución de Mayo del 25 de mayo de 1810 que depuso a Baltasar Hidalgo de Cisneros, virrey del Virreinato del Río de la Plata.
Antonio González Balcarce Fue enviado al Alto Perú como segundo de Francisco Ortiz de Ocampo, en la Primera expedición auxiliadora al Alto Perú mandada por la Primera Junta. En Córdoba persiguió y apresó al ex virrey Santiago de Liniers. Reemplazó a Ocampo en la jefatura de la expedición.
A continuación avanzó al norte, siendo vencido en la Batalla de Cotagaita. Por su triunfo en la Batalla de Suipacha, librada el 7 de noviembre de 1810, -la primera victoria del Ejército del Norte- fue nombrado brigadier por la Primera Junta.
Estuvo al mando del ejército independentista en la derrota de Huaqui. Fue sometido a proceso por su actuación en dicho combate, pero terminó exonerado de culpa.
La revolución de los Orilleros Porteños del 5 y 6 de abril de 1811, exigía en una de sus peticiones: Que mantengan el grado de brigadier exclusivamente Cornelio Saavedra y Antonio Balcarce, debiendo recogerse los demás otorgados hasta que el Congreso General resuelva dar otros.
En 1813 Antonio González Balcarce fue designado gobernador intendente de Buenos Aires y, en 1816, director supremo de las Provincias Unidas del Río de la Plata, cargo que ocupó sólo tres meses.
Destinado al Ejército de los Andes, fue segundo del general San Martín en las batallas de Cancha Rayada y Maipú. Jefe del Ejército Libertador en ausencia de San Martín, comandó el Ejército del Sud durante la Segunda campaña al sur de Chile y triunfó en la Batalla del Biobío en 1819.
Por su enfermedad Antonio González Balcarce debió regresar a Buenos Aires, donde fue designado nuevamente jefe del Estado Mayor, pero poco después falleció.
Sus restos mortales descansan en la Basílica de Nuestra Señora del Rosario y Convento de Santo Domingo (junto a los de Manuel Belgrano) en la ciudad de Buenos Aires.
Uno de los hijos de Antonio González Balcarce, Mariano Balcarce (1807-1885), contrajo matrimonio con Merceditas, la única hija del general San Martín. Otro de ellos, Florencio González Balcarce, fue un poeta romántico que, aunque falleció tempranamente fue considerado por algunos "el primero en su generación".