En 1960, Antoine Bourseiller reçoit le prix du Concours des jeunes compagnies qui lui permet de prendre la direction du Studio des Champs-Élysées. Il rencontre la comédienne Chantal Darget qu'il épouse et avec laquelle il mènera jusqu'en 1980 une aventure théâtrale marquée par la création de certaines œuvres classiques rarement représentées ou présentées pour la première fois en France : Dans la jungle des villes de Bertolt Brecht, La Tour de Hugo Von Hoffmansthal, Silence l'arbre remue encore ou Va donc chez Torpe de François Billetdoux, La Baye de Philippe Adrien, Tout contre un petit bois de Jean-Michel Ribes, Crénom d’Eugène Ionesco, Six personnages en quête d'auteur de Luigi Pirandello, Dialogues avec Leuco de Pavese, Jean Harlow contre Billy the Kid de Mac Clure, Phèdre de Racine, Les Brigands de Schiller, Le Balcon et Le Bagne de Jean Genet, America Hurrah de Jean-Claude Van Itallie, Don Juan de Molière, À Memphis de Jean Audureau, Le Métro fantôme de Le Roi Jones (alias Amiri Baraka)…
Antoine Bourseiller est également, comédien, notamment dans La Mouette de Tchékhov avec Delphine Seyrig et Sacha Pitoëff, Festen de Tomas Vinterberg, mis en scène par Daniel Benoin, Cléo de 5 à 7, film d’Agnès Varda…
De 1960 à 2005, il prend la direction des théâtre  : Studio des Champs-Élysées, le Théâtre de Poche Montparnasse, le Théâtre du Gymnase à Marseille, Opéra de Nancy et de Lorraine où il crée et met en scène de nombreux opéras, Les Soirées d'été à Gordes.
Ses derniers spectacles sont L'Idiot d'après Dostoïevski, Hamlet / Lorenzo de Shakespeare et Alfred de Musset et Pas de prison pour le vent d'Alain Foix, Lorrenzaccio d’Alfred de Musset. Il prépare actuellement la création au festival OFF d’Avignon Figures de l’envol amoureux de Ismaël Jude.
Il est l'auteur de Sans relâche, histoires d'une vie, publié aux éditions Actes Sud.