Antêmio nasceu na cidade de Trales, cidade pertencente ao Império Bizantino, pertencente à uma família de eruditos. Seu pai era Stefano, médico em Trales. Seus irmãos  Dioscoro  e Alexandre tornaram-se médicos também servindo, respectivemnte em Trales e Roma. Seu outro irmão, Olímpio tornou-se jurista e seu ultimo irmão, Metrodoro, foi um distinto teórico de gramática em Constantinopla.

 

Antêmio era um exímio geômetra e ensinou matematica em Constantinopla. Como matemático, ele realizou trabalhos sobre as cónicas e sua principal obra foi "Sobre espelhos que queimam", onde são descritas as propriedades físicas da parábola, baseado nos anteriores estudos de Arquimedes de Siracusa. Segundo conta-se, Arquimedes utilizou esses espelhos para incendiar os navios romanos que vinham cercar a cidade de Siracusa através da concentração de raios do sol em sua concavidade.

 

Seus estudos geométricos foram muito útil para a construção de diversas obras que lhe foram confiadas. Entre eles está um método de construção de uma elipse com uma corda fixa nos dois focos (conhecido por método do jardineiro) ou o estudo das propriedades focais de uma parábola.

 

Sob o reinado de Justiniano,  Antemio realizou sua primeira grande obra religiosa, o templo "Pequena Santa Sofía", tambem conhecido como "Kücük Ayasofhia Camii", um dos mais antigo centros religiosos da cidade de Constatinopla, tido como origem da igreja bizantina e transformada em mesquita no  início do século XVI pelos turcos e existente até os dias de hoje.

 

Sua maior obra foi a construção da Basílica de Santa Sofia, em parceria com outro grande arquiteto bizantino, Isidoro de Mileto.

 

Antêmio morreu dois anos após o inicio das obras da Basílica de santa Sofia, que foi continuada por Isidoro de Mileto e finalizada em 537.