Гвардии младший лейтенант.
Родилась 29 марта 1916 года на хуторе Заря, ныне разъезд Бакунино (Бакушино) Кувшиновского района, Тверской области (Россия). Русская.
Училась на заочном отделении биологического факультета Московского университета.
Окончила Дзержинский аэроклуб Москвы, после чего работала в нем инструктором.
В Красную Армию была призвана из 2-й Московской военной школы пилотов.
Участница Великой Отечественной войны с 1942 года.
В звании старшины воевала в составе 586-го истребительного авиаполка, защищала от налётов вражеской авиации важные военные объекты Саратова.
С 10 сентября по 3 октября 1942 года воевала на Донском фронте в составе 434-го истребительного авиационного полка, участвовала в боях за Сталинград.
С начала октября 1942 года находилась в распоряжении Начальника инспекции ВВС.
С октября 1942 года воевала на Калининском фронте в составе 3-й эскадрильи 653-го истребительного авиаполка (18 марта 1943 года преобразован в 65-й гвардейский истребительный авиационный полк), участвовала в Великолукской наступательной операции.
В декабре 1942 года в паре с майором Г. П. Прокофьевым сбила Мессершмитт-109.
10 января 1943 года в воздушном бою с двумя Ме-109 сбила один из них, но и сама была подбита, совершила вынужденную посадку на фюзеляж.
С февраля 1943 года воевала на Северо-Западном фронте, участвовала в ликвидации Демянской группировки противника.
К концу февраля 1943 года имела общий налет 1.469 часов, на истребителях Як-1 и Як-7 произвела 12 боевых вылетов, участвовала в 3 воздушных боях.
С 20 марта до мая 1943 года вместе с полком была выведена в резерв.
В мае 1943 года было присвоено воинское звание «младший лейтенант».
С 9 мая 1943 года воевала на Брянском фронте, с 12 июля участвовала в Курской битве.
Всего за время участия в боевых действиях произвела несколько десятков боевых вылетов, участвовала не менее чем в 4 воздушных боях, сбила лично и в группе с товарищами 3 вражеских самолёта.
Во второй половине дня, уже в вечерних сумерках, 17 июля 1943 года в составе четверки Як-1 под командованием Героя Советского Союза лейтенанта Г. Г. Гуськова вылетела на боевое задание в район Орла. В районе патрулирования группу Гуськова атаковали 12 Фокке-Вульфов-190 из 51-й истребительной эскадры «Мёльдерс», к которым затем добавились еще пару десятков самолетов. В районе Гнездилово – Знаменское – Хотынец завязалась яростная схватка, четыре советских летчика сражались против тридцати самолетов врага. В неравном бою погибла смертью храбрых вся четверка: лейтенант Г. Г. Гуськов, младший лейтенант В. Г. Пономарев, младший лейтенант С. С. Альбинович и младший лейтенант А. В. Лебедева. Все они долгое время считались пропавшими без вести.
В 1982 году группа орловских следопытов участвовала в раскопках самолёта, упавшего летом 1943 года возле села Бетово Болховского района Орловской области. В ходе раскопок были извлечены останки лётчика, его парашют, пистолет, нож и документы. Среди прочих, в документах были полётная и медицинская книжки, где чётко было прописано имя обладателя: Лебедева Антонина Васильевна. Больше того - в останках пилота следопыты нашли шлемофон, с фрагментами черепа и двумя девичьими косичками.
Сейчас могила А. В. Лебедевой находится в селе Бетово (бывшем совхозе «Вязовский») Болховского района Орловской области (Россия).
Список известных воздушных побед А. В. Лебедевой:
00.12.1942 1/2 Ме-109 Великие Луки в паре
10.01.1943 1 Ме-109 Великие Луки лично
00.00.1943 1/гр. самолет в составе группы
Награждена орденом Отечественной войны 2-й степени, медалью «За отвагу» (22.02.1943).