Industriel, il a été maire de Saint-Chamond (département de la Loire) de 1929 à 1977. Sa carrière nationale commence en 1936 quand il est élu député de la Loire de l'Alliance démocratique (droite modérée), jusqu'en 1938. Il est ensuite élu sénateur en 1938. Il vote en 1940 les pleins pouvoirs au maréchal Pétain. En 1941, il est nommé au Conseil national de Vichy, puis décoré de la francisque. À la Libération, il est dans un premier temps déclaré inéligible pour son attitude pendant la guerre. Mais l'inéligibilité est levée en 1945 (il est reconnu pour avoir suffisamment résisté aux Allemands comme maire de Saint-Chamond) et il est élu en 1946 à la deuxième Assemblée constituante.
Membre du Centre national des indépendants et paysans (CNIP, parti de droite libérale), il poursuit sa carrière politique pendant la IVe et la Ve République. Député de 1946 à 1958, il entre au gouvernement comme secrétaire d'État en 1948, puis ministre en 1950. Président du Conseil du 8 mars 1952 au 23 août 1952, il lance un premier emprunt national, gagé sur l'or. Il lutte efficacement contre l'inflation dans le contexte économique très favorable de la fin de la Guerre de Corée.
Il est candidat à la présidence de la République en 1953. En 1955, il est Ministre des Affaires étrangères et permet l'indépendance du Maroc (accords de la Celle-Saint-Cloud) et ouvre la voie à l'autonomie tunisienne.
La semeuse
Charles de Gaulle le choisit pour le ministère des finances en juin 1958. Antoine Pinay lance un second emprunt national et préside au passage au nouveau franc.
En désaccord avec la politique algérienne et extérieure du gouvernement, il remet sa démission en janvier 1960. Il abandonne ensuite toute activité politique nationale. En 1973-1974, il est le premier Médiateur de la République.
Il a laissé l'image d'un gestionnaire prudent et efficace. Jusqu'à la fin de sa longue vie (103 ans), celui que l'on surnomme « le sage de Saint-Chamond » est consulté par de nombreux hommes politiques.
En 1951, il fonde, avec Jean Violet, Le Cercle (plus connu sous le nom de Cercle Pinay) , dont il sera président des années 50 aux années 70. Il fut aussi membre de l'Opus Dei.