Né au Mans en 1962, Monseigneur Antoine de Romanet est diplômé de Sciences Po Paris (section Service Public, 1983), licencié en droit à Paris I Panthéon-Sorbonne, puis docteur en sciences économiques de Sciences Po (1989). Il effectue son service national au Caire, comme attaché commercial adjoint à l'ambassade de France. Il entre au Grand séminaire de Paris en 1988, avant de poursuivre ses études à l'Institut d'Études Théologiques de Bruxelles puis à l'Université Pontificale Grégorienne à Rome.
Ordonné prêtre le 24 juin 1995 pour l'archidiocèse de Paris, il exerce d'abord comme vicaire à Notre-Dame-de-l'Assomption et aumônier du lycée Molière, puis comme aumônier général du collège Stanislas. De 2002 à 2010, il est curé de la paroisse Saint-Louis de France à Washington. À son retour en France, il est nommé curé de la paroisse Notre-Dame-d'Auteuil à Paris. De 2011 à 2017, il est également co-directeur du département Politique et Religion au sein du pôle de recherche du Collège des Bernardins à Paris.
Le 28 juin 2017, le pape François le nomme évêque aux Armées françaises. Il est installé le 10 septembre de la même année en la cathédrale Saint-Louis des Invalides. À ce titre, il est l'évêque de l'ensemble des militaires français, de leurs familles et des personnels civils de la Défense, en métropole comme sur les théâtres d'opérations extérieures. Il est membre de l'Académie catholique de France.