Laureato in giornalismo, Antonio de la Torre Martín inizia a lavorare come giornalista sportivo per Canal Sur, ma la sua ambizione è sempre stata quella di diventare attore, così, nel frattempo, frequenta diversi corsi di recitazione e studia alla Escuela de Interpretación Cristina Rotas.

Ottiene il suo primo ruolo cinematografico nel film I peggiori anni della nostra vita (1994), diretto da Emilio Martínez Lázaro, a cui seguono alcuni lavori televisivi. Dopo il suo debutto nella serie di successo Lleno por favor, interpretata da Alfredo Landa, ottiene grande popolarità grazie al suo ruolo di El Loren nella miniserie Padre Coraje. Ha recitato in numerosi cortometraggi spagnoli, compresi i primi lavori di Daniel Sánchez Arévalo, che, in seguito, lo vuole nel suo primo lungometraggio, Dark Blue Almost Black (2006). La sua interpretazione gli vale il Premio Goya per il miglior attore non protagonista 2007.

Recita come attore non protagonista in numerosi film di Álex de la Iglesia, un altro regista con il quale collabora di frequente, ad esempio Morti dal ridere nel 1999, La Comunidad -Intrigo all'ultimo piano nel 2000, fino al 2010, quando il regista di Bilbao gli offre il ruolo di protagonista nel film Ballata dell'odio e dell'amore, che gli vale una nomination ai Premi Goya. Nel 2009, recita come protagonista nel secondo lungometraggio di Sánchez Arévalo, Fat People, che gli vale la sua seconda nomination ai Premi Goya, e compare in film quali The Island Inside (2009), Lope (2010) e Cousinhood (2011). Nel dicembre 2008, debutta a teatro come protagonista di una produzione del Centro Dramátco Nacional: La taverna fantastica, di Alfonso Sastre, diretta da Gerardo Malla. Partecipa inoltre a due lungometraggi diretti da Pedro Almodóvar, Volver - Tornare e Gli amanti passeggeri e lavora con Manuel Martín Cuenca in Half of Oscar e Cannibal, che gli valgono il premio Feroz per il miglior attore protagonista, nonché il premio per il miglior attore protagonista del Círculo de Escritores Cinematográficos e del Festival del cinema spagnolo a Tolosa, oltre a una nomination ai Premi Goya per miglior attore protagonista. Nel 2012, conquista due nomination ai Premi Goya, rispettivamente, per il miglior attore protagonista e per il miglior attore non protagonista, per la sua interpretazione in Unit 7e Invader. Partecipa inoltre a due produzioni estere, La grande passione, diretto da Frédéric Auburtin, accanto a Gerard Depardieu, e Untitled Jim Loach Project, diretto da Jim Loach, nelle quali recita in lingua inglese.

Tra i successi degli ultimi anni ricordiamo l'intenso La isla mínima, diretto da Alberto Rodriguez e acclamato dalla critica internazionale, lo sperimentale Hablar firmato da Joaquín Oristrell e il poliziesco Che Dio ci perdoni di Rodrigo Sorogoyen. Sarà protagonista del film di prossima uscita The realm ancora una volta per la regia di Rodrigo Sorogoyen.