Nació el 29 de abril de 1985, en Santiago. Es el hijo mayor de los actores Claudia Di Girolamo y Cristián Campos,^[3]​^[4]​ y hermano del también actor Pedro Campos Di Girolamo.^[5]​ Tiene además dos medias hermanas.^[3]​ Es primo de la también actriz Mariana Di Girolamo.^[6]​

Proviene de una familia con una profunda tradición artística y compromiso social. Es nieto del artista ítalo-chileno Claudio Di Girolamo,^[7]​ fundador del Teatro Ictus y figura clave en la cultura nacional,^[8]​ y de Carmen Quesney, destacada defensora de los derechos humanos durante la dictadura militar.^[9]​ Asimismo, es bisnieto del pintor italiano Giulio Di Girolamo,^[10]​ a quien se le otorgó la nacionalidad chilena y cuyo legado es recordado en una plazoleta que lleva su nombre en Linares.^[11]​

Cuando tenía tres años, se trasladó con sus padres a Austin, debido a una especialización de su padre en la Universidad de Texas. Regresaron a Chile en 1989. Tras la separación de sus padres en 1995, Antonio vivió junto a la familia materna en Vitacura.

Estudió en el Saint George's College, donde se graduó en 2003. Luego, ingresó a la Escuela de Teatro de la Universidad de Chile,^[4]​ egresando en 2008 como Licenciado en Artes con mención en Actuación Teatral.^[4]​

En 2009, Antonio Campos Di Girolamo fue convocado por el director Vicente Sabatini para integrarse a Manuel Rodríguez (2010), ambiciosa telenovela histórica de Chilevisión que se estrenó en marzo de 2010.^[12]​ En ella dio vida a José Joaquín Guzmán, un joven aristócrata que decide dejar atrás los privilegios de su clase para sumarse a la causa independentista liderada por su amigo Manuel Rodríguez. Este papel marcó un hito en su carrera, revelando su fuerza interpretativa en personajes de carga dramática.^[13]​

Al año siguiente sorprendió con un rol desafiante en La doña (2011), superproducción de época en la que interpretó a Nicolás Villarreal, un joven homosexual que lucha por su identidad en un entorno conservador.^[14]​ La producción fue también significativa a nivel personal, ya que compartió por primera vez escenas con su madre, la reconocida actriz Claudia Di Girolamo, en una dupla que capturó la atención del público.^[15]​^[16]​^[17]​

Campos Di Girolamo luego se volcó a la comedia con roles en La sexóloga (2012) y Las dos Carolinas (2014), donde demostró su soltura en registros más livianos, sin abandonar la profundidad de sus interpretaciones.^[18]​^[19]​ En 2015, se unió al reparto de Esa no soy yo.^[20]​ Tras un breve alejamiento de la televisión, en 2019 regresó de la mano de la productora AGTV para integrarse a Amor a la Catalán, teleserie de Canal 13, reafirmando su versatilidad.^[21]​

En 2007, Antonio Campos Di Girolamo vivió un episodio polémico tras ser agredido por estudiantes de la Universidad ARCIS, mientras participaba en un evento solidario de la compañía Niño Proletario.^[22]​ Dos años después, cambió radicalmente de escenario: viajó a la Amazonía ecuatoriana, donde impartió clases de teatro y convivió en comunidades Shuar.^[23]​

En lo personal, su vida amorosa también ha sido tema de interés. Mantuvo una relación con la actriz Begoña Basauri entre 2006 y 2010,^[24]​ y luego con Sofía García, desde 2010 hasta 2014.^[12]​

• 2006: Roberto Zucco, de Bernard-Marie Koltès, dirigida por Víctor Carrasco (estrenada en Sala Antonio Varas)
• 2008: Variaciones sobre la muerte, de Jon Fosse, dirigida por Víctor Carrasco (estrenada en Centro Cultural Antiguo San José)
• 2010: Impro star, de Dijo la otra, dirigida por César Muñoz
• 2013: La estructura del fracaso, de Cristóbal Pizarro, dirigida por Andrea García-Huidobro (estrenada en Teatro del Puente)
• 2014: El montacargas, de Harold Pinter, dirigida por Claudia di Girolamo (estrenada en Centro GAM).

• 2012: Buenaventura: El año repetido, de Luis Alberto Heiremans^[1]​
• 2013: Buenaventura II: El mar en la muralla, de Luis Alberto Heiremans^[2]​
• 2014: Buenaventura III: Arpeggione, de Luis Alberto Heiremans
• 2014: Edmond, de David Mamet (estrenada en Centro Mori)
• 2022: Restos, de Neil LaBute (estrenada en Teatro UC)
• 2023: Principiantes, de Raymond Carver (estrenada en Sala La Comedia)

• 2011: Aquí están, de Claudia di Girolamo, dirigida por Rodrigo Pérez Müffeler (estrenada en Museo de la Memoria y los Derechos Humanos)

• Antonio Campos Di Girolamo en Internet Movie Database (en inglés).