À 21 ans, après un passage par le Cours Florent, Antoine Duléry débute simultanément au théâtre (Une histoire comme une autre), à la télévision (Lili petite Lili) et au cinéma (Celles qu'on a pas eues de Pascal Thomas).
Il a joué sous la direction de Francis Huster (Le Cid, Lorenzaccio, Richard et Gloucester), Isabelle Nanty (Maison de poupée) et Bernard Murat (La Puce à l’oreille). Très actif à la télévision (Confession d’un menteur, La femme de mon mari, L’affaire Ben Barka...), Antoine Duléry a tourné à plusieurs reprises sous la direction de Serge Moati, Jérôme Foulon et Elisabeth Rappeneau ainsi que dans des séries comme Confidences sur canapé, Petits meurtres en famille et Fête de famille.
Il a aussi collaboré à plusieurs films de Claude Lelouch (Tout ça pour ça, Les Misérables, Hommes Femmes Mode d'emploi, Les parisiens, Le courage d'aimer). Co-scénariste de Toutes les filles sont folles de Pascale Pouzadoux (qui lui vaut le Prix du meilleur acteur au Festival du Film de Comédie de Monte Carlo), il compte parmi sa trentaine de films : On a volé Charlie Spencer de Francis Huster, Comédie d'amour de Jean-Pierre Rawson, Meilleur espoir féminin de Gérard Jugnot, Mariage mixte d’Alexandre Arcady, Mariage ! de Valérie Guignabodet, Brice de Nice de James Huth, Jean-Philippe de Laurent Tuel, L’anniversaire de Diane Kurys et Camping de Fabien Onteniente.
On l'a aussi entendu dans le film d'animation Bee movie des studios DreamWorks, où il interprétait la voix française de Matthew Broderick.
En 2008, on le retrouve dans Magique ! aux côtés de Marie Gillain et Cali, puis dans De l'autre côté du lit de Pascale Pouzadoux, avec Sophie Marceau et Dany Boon. Toujours très demandé, l'acteur figure en bonne position au sein de la comédie Victor (2009) de Thomas Gilou, film dans lequel il joue le mari de Clémentine Célarié où tous deux adopte Pierre Richard.
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