V roce 1909 se s bratrem Amedeem vydali do Brazílie, kde se chtěli věnovat automobilům, ale bratr tam zemřel na žlutou zimnici a Antonio se tak vrátil zpět do Itálie. V roce 1911 dostal od De Vecchi šanci testovat jejich cestovní auta a vedl si dobře, ale byla to jeho jediná zkušenost před příchodem války, během které stavěl letadla u firmy Falco.
Rok po konci války se Antonio v Miláně stal dealerem Alfy Romeo a zároveň si pořídil pět let starý Fiat Grand Prix 4500. Poprvé s ním startoval v říjnu v závodě do vrchu Parma-Poggio di Berceto a hned dokázal vyhrát. Ve stejném závodě mimochodem debutoval také Enzo Ferrari. O měsíc později Antonio vyrazil na Targa Florio. Držel se ve špičce závodu, pak ale dostal s autem smyk na rozbahněné trati a skončil s ním v příkopu u cesty. Výsledkem nehody byla zlomená kyčel a Ascari strávil v nemocnici v Palermu šest týdnů. Přesto zaujal šéfy Alfy, kteří mu po uzdravení nabídli místo v týmu.
Zatímco obchodně se Antoniovi dařilo skvěle – stal se koncesionářem Alfy pro celou Lombardii – za volantem to bylo o hodně horší a výsledky v prvních dvou sezónách byly mizerné. Pak konečně začaly přicházet vítězství. V roce 1923 vyhrál Circuito di Cremona a prvenství byl velmi blízko také v Targa Florio, ale těsně před cílem ho zradila jeho Alfa RL a musel z první pozice odstoupit. Nejrychlejší kolo pro něj bylo pramalou útěchou. O rok později se mu navíc podobná věc stala znovu. Pouhých několik set metrů před cílem Alfě odešel motor. Antonio se svým mechanikem Giuliem Ramponim ji s pomocí diváků dotlačili do cíle, ale mezitím je stačil předjet Christian Werner s Mercedesem. Po závodě byl Antonio Ascari nakonec stejně diskvalifikován.
Alfa přišla brzy s novou P2 designéra Vittoria Jana a Antonio s ní vyhrál Circuit di Cremona o více než hodinu. Na desetikilometrovém úseku mu navíc naměřili průměrnou rychlost 200 km/h, což byl nový světový rekord.
Jen smůla Antonia připravila o triumf ve francouzské Grand Prix v Lyonu. Zdálo se, že má vše pevně pod kontrolou, ale selhání motoru jeho P2 tři kola před cílem znamenalo další ztracený závod z prvního místa. Před následujícím startem v Monze ředitel závodu Arturo Mercanti vzkázal do boxů Alfy, že pokud bude Ascari projíždět trať svým obvyklým způsobem, který je nebezpečný pro něj samotného i pro ostatní jezdce, bude ze závodu vyloučen. Ascari však samozřejmě svůj styl nezměnil, v závodě dominoval od startu do cíle a zvítězil o šestnáct minut.
V roce 1925 přidal vítězství v historicky první Velké ceně Evropy na Spa-Francorchamps. Závod dokončili jen dva jezdci, vedle Antonia už jen jeho týmový kolega Giuseppe Campari, který však ztratil 22 minut a poslední dvě kola na trati si musel poníženě protrpět o samotě. Rivalita mezi oběma jezdci rostla a Ascarimu už nestačilo Campariho porazit, chtěl ho zničit, což se mu nakonec stalo osudným.
Velká cena Francie se jela na konci června, necelý měsíc po závodě v Belgii. Campari zajel v kvalifikaci nejrychlejší čas, ale v té době si pozice na startu vybíraly týmy a z prvního místa zpravidla startoval Ascari, který byl jezdcem číslo jedna. Jeden z ředitelů závodu však trval na tom, že z pole position bude startovat Giuseppe. Antonia to rozzuřilo a v závodě chtěl prokázat svou dominanci. Brzy se dostal do vedení a neustálou agresivní jízdou navyšoval náskok. Ve třiadvacátém kole ale neodhadl dlouhou zatáčku a zavadil o plot u trati. Pokusil se smyk vyrovnat, ale Alfa se v podstatě zamotala do oplocení a převrátila se. Těžce zraněný Antonio Ascari později při převozu do nemocnice zemřel. Pohřben byl v Miláně, ale netrvalo dlouho a jeho jméno se znovu objevilo na té nejvyšší úrovni – jeho syn Alberto Ascari pokračoval v otcově odkazu a stal se dvojnásobným mistrem světa.
