Antoine Pesne zählte neben Georg Wenzeslaus von Knobelsdorff (1699-1753), Johann August Nahl (1710-1781) und Georg Friedrich Schmidt (1712-1775) zu den bedeutendsten Künstlern des friderizianischem Rokoko. Genauso kann er aber auch neben Antoine Watteau (1684-1721), Nicolas Lancret (1690-1743) und Francois Boucher (1703-1770) zu den wichtigsten Vertretern der französischen Rokoko-Malerei gezählt werden.
Seine erste Ausbildung erhielt er bei seinem Vater Jean Pesne (1623-1700), Professor an der Académie de St-Luc in Paris, und seinem Großonkel Charles de La Fosse (1636-1716), Hofmaler Ludwig XIV. und Direktor der Académie Royal.
Mit einem Stipendium der Académie reiste er 1705-10 für ein Studium nach Venedig, Neapel und Rom. Dort wurde er einige Jahre von Andrea Celesti (1637-1712) unterrichtet. Außerdem lernte er Jean Raoux (1677-1734) kennen. Auch seine Hochzeit mit Ursule-Anne Dubuisson, Tochter des Blumenmalers Jean Baptiste Gayot Dubuisson (1660-1735), fand noch in Rom statt.
1710 wurde er von König Friedrich I. als Hofmaler nach Berlin berufen und übernahm offiziell 1711 das Amt seines Vorgängers Augustin Terwesten (1649-1711).
1715 unternahm er eine Studienreise nach Dessau und drei Jahre später nach Dresden.
Kurz darauf bewarb er sich auch an der Académie Royal in Paris und wurde dort 1720 aufgenommen.
Drei Jahre später reiste er nach Paris und anschließend nach London.
1736-40 war er regelmäßig am kronprinzlichen Hof in Rheinsberg tätig. Dort arbeitete er gemeinsam mit Knobelsdorff, der 1730 noch ein Schüler von ihm gewesen war. Beide wurden in dieser Zeit durch den Kronprinzen Friedrich mit der Erweiterung von Schloss Charlottenburg, mit dem Bau von Sanssouci und mit der Neugestaltung des Potsdamer Stadtschlosses beauftragt.
1746 erhielt er vom König ein Grundstück in. Berlin und die benötigten Materialien zum Hausbau, sodass er sich sein eigenes Heim bauen konnte.
In seiner Schaffenszeit schuf er zahlreiche Portraits der königlichen preußischen Familie und Angehöriger des Hofstaates. Aber auch Darstellungen von Tänzerinnen, Schauspielerinnen und „einfachen Mädchen des Volkes“ gehörten zu seinem Repertoire.