Антонина Ржевская (урождённая Попова) родилась 24 февраля (12 по старому стилю) 1861 года во Ржеве Тверской губернии в богатой, но потом обедневшей дворянской семье помещиков Поповых Зубцовского уезда. Её дедом со стороны отца был отставной полковник Николай Попов, бабушкой Анна Егоровна. Со стороны мамы дедушкой был камергер и майор Иван Дмитриевич Нарышкин, а бабушкой – хоровая цыганка Раиса Николаева. После разорения отец Леонард Николаевич и мама Александра Ивановна с тремя детьми переезжают в 1875 году в Тверь. Антонина поступает в Мариинскую женскую гимназию, а после переезда в Москву, в московскую четвертую женскую гимназию.
С 1880 года в качестве вольнослушательницы Антонина училась в Московском училище живописи, ваяния и зодчества под руководством В.Е. Маковского. В это же время она брала частные уроки у живописца Н.А. Мартынова.
В 1886 году Антонина вышла замуж за представителя древнего рода Николая Федоровича Ржевского (1861–1928). В браке у них родились дочери Елена и Нина. Мастерская Антонины Леонардовны находилась сначала в старом, а потом в новом шестиэтажном доходном собственном доме № 13 в Селезневском (Сущёвском) тупике в Москве. В 1893 году её картину «Сироты» приобретает для своей галереи известный московский книгоиздатель К.Т. Солдатенков. Выставленная на юбилейной, XXV выставке Товарищества передвижных художественных выставок (ТПХВ) картина «Весёлая минутка» приносит ей большой успех. Ещё до выставки эту картину приобретает для своей галереи П.М. Третьяков. Картина выставлялась без указания авторства. По признанию внучки Ржевской Ирины Ватагиной, она боялась ставить свою подпись на картине из-за существовавших в то время дворянских предрассудков. В 1899 году Ржевская была принята в члены Товарищества и стала второй и последней женщиной-живописцем, принятой в Товарищество. В 1913 году она вышла из Товарищества, объяснив свой поступок в письме тогдашнему руководителю ТПХВ Н.Н. Дубовскому тем, что отдалилась от товарищей. В 1903 году Антонина пишет ещё одно, имевшее большой успех полотно «Музыка». Картину приобретает для своей коллекции меценат И.П. Свешников. С 1915 года она каждое лето приезжала в Тарусу к своему зятю, скульптору и художнику-анималисту В.А. Ватагину, после путешествия по Индии построившему по собственному проекту дом в Тарусе. Дом Ватагина запечатлён на картине Ржевской «Дом в Тарусе». После смерти жены Нины В.А. Ватагин женился на первой её дочери Елене.
Свою жизнь при большевиках Антонина Леонардовна оценивала, как «абсолютную обособленность» при полном «разорении семейного гнезда». После 1917 года она продолжает интенсивно работать, создав и знаменитое полотно «Девочка у окна». C 1920 года вместе с другим выдающимся художником-передвижником Н.А. Касаткиным, организовавшим художественную просветительную студию для детей, тяжело больных костным туберкулёзом, она работала в санатории «Захарьино» в деревне Куркино (c 1940 года Химкинский район Московской области). Специально для санатория Ржевская написала фреску «Дети – цветы жизни». Подрабатывала заказами в кооперативе «Художник». Писала портреты Любови Витольдовны Бялыницкой-Бирули, актрис Малого театра Н. Смирновой, Е.К. Лешковской, Е.Д. Турчаниновой, акварели. Своим внучкам Людмиле, Ирине и Наташе художница посвятила воспоминания, написанные в 1931–1933 годах. Они так и называются «Мои внучки».
Антонина Ржевская начала выставляться на различных художественных выставках с 1892 года. С 1897 года она экспонент Товарищества передвижных художественных выставок. На XXVI выставке ТПХВ 1898 года экспонировалась её картина «Да исправится молитва моя!».
Работ Антонины Ржевской хранятся в Государственной Третьяковской галерее, Калужском музее изобразительных искусств, Нижнетагильском историко-краеведческом музее, Севастопольском художественном музее им. М.П. Крошицкого, в Российской государственной библиотеке и в частных собраниях.
Антонина Ржевская скончалась 15 июля 1934 года в Тарусе. Похоронена на городском кладбище, где рядом похоронены дочери Елена Польстер и Антонина Ватагина, зятья Адольф Польстер и Василий Ватагин, внучки Людмила Польстер и Ирина Ватагина, муж Людмилы Александр Файншмидт.
