Мармонтель родился 16 июля 1816 года в городе Клермон-Ферран. С 1827 года учился в Парижской консерватории игре на фортепиано у Пьера Циммермана, композиции у Фроманталя Галеви и Ж. Ф. Лесюэра, гармонии у Виктора Дурлана (). Благодаря своим способностям Антуан Мармонтель получил первые премии по сольфеджио и фортепиано и в 1938 году стал уже ассистентом профессора консерватории по сольфеджио, а с 1948 года он помогал профессору Циммерману. Мармонтель является одним из крупнейших представителей французской школы фортепианной педагогики второй половины XIX века. В 1848—1887 годах был профессором Парижской консерватории. Его учениками стали Жорж Бизе, Клод Дебюсси, Луи Дьемер, Маргерит Лонг, Эмиль Вальдтейфель, Франсис Планте и Антон Симон. Скончался 16 января 1898 года в Париже.
Мармонтель написал большое количество произведений, около 200 опусов. Среди них ноктюрны и романсы, а так же этюды, необходимые для его учеников в консерватории.
Произведения Мармонтеля входят в число самых лучших преподавательских работ XIX века. Среди них:
Преподавание было любимым делом Мармонтеля, которому он отдавал силы всю свою жизнь.