Родилась в деревне Дуденёво Тверского уезда Тверской губернии, Российская Империя. В 1950-е годы - актриса Ленинградского государственного областного драматического театра. После слияния этого театра в 1963 году с областным театром драмы и комедии стала актрисой нового театрального коллектива - Театра драмы и комедии. Она служила актрисой ленинградского театра драмы и комедии на Литейном. Одновременно снималась в кинофильмах. В ее фильмографии такие полотна, как «Ленинградская симфония», «Дикая собака Динго», «Государственный преступник», «Африканыч», «Двадцать дней без войны» и многие другие. Антонина Павлычева в 1926 году окончила институт сценических искусств. Училась вместе с Николаем Симоновым и Василием Меркурьевым. С 1928 по 1935 год - артистка Ленинградского театра актерского мастерства (ТАМ) под руководством Леонида Вивьена. Заслуженная артистка РСФСР (1957). Похоронена на Комаровском кладбище в Ленинграде.