Antoine Barraud realizza il suo primo cortometraggio, Monstre, nel 2004, seguito nel 2005 da Déluge e nel 2007 da Monstre, numéro deux, tutti presentati nei principali festival di cortometraggi francesi e internazionali. Gira quindi diversi ritratti sperimentali di cineasti come Kenneth Anger, Shuji Terayama e Koji Wakamatsu.
Nel 2011 dirige con Claire Doyon il cortometraggio Son of a gun e, in parallelo, coproduce il mediometraggio Madame Butterfly di Tsai Ming-liang. Nel 2012 produce l'ultimo film di Stephen Dwoskin Age Is... e firma il suo primo lungometraggio, Les gouffres, con Nathalie Boutefeu e Mathieu Amalric, prodotto da Les Films du Bélier. Questi due film sono presentati in prima mondiale al Festival di Locarno del 2012.
Del 2015 è il suo secondo lungometraggio, Le dos rouge, con Bertrand Bonello, Pascal Greggory e Jeanne Balibar, che viene presentato al Festival di Berlino. Nello stesso anno produce, con la sua società House on Fire, O ornitólogo del regista portoghese João Pedro Rodrigues (premio per la regia al Festival di Locarno del 2016), presto seguito da Cassandro, the Exotico! di Marie Losier (che nel 2018 partecipa al festival di Cannes nella sezione organizzata dall'Acid), in collaborazione con Tamara Films.
La doppia vita di Madeleine Collins è il suo terzo lungometraggio.