Antoine Barraud réalise son premier court-métrage, Monstre, en 2004, suivi en 2005 par Déluge et Monstre, numéro deux en 2007. Il réalise ensuite un moyenmétrage tourné à Taiwan et au Japon, Song. Suivent plusieurs portraits expérimentaux de cinéastes comme Kenneth Anger, Shuji Terayama et Koji Wakamatsu. Il co-réalise le court-métrage Son of a Gun en 2011 avec Claire Doyon et co-produit en parallèle le moyen-métrage Madam Butterfly de Tsai Ming Liang.
En 2010, il produit avec Catherine Libert la restauration de Trois films inédits de Pierre Clémenti. En 2012, il produit le dernier film de Stephen Dwoskin, Age is..., et réalise son premier longmétrage, Les Gouffres avec Nathalie Boutefeu et Mathieu Amalric. Ces deux films sont présentés en première mondiale au Festival de Locarno 2012 et font le tour des festivals internationaux. Suite à la publication du livre Inside Out sur le cinéma de Stephen Dwoskin (aux éditions Independencia) en 2013 et la sortie en salles des Gouffres en janvier 2014, il réalise son deuxième long-métrage, Le Dos Rouge avec Bertrand Bonello, Pascal Greggory et Jeanne Balibar dans les rôles principaux.
Le film est présenté au Festival de La Roche-Sur-Yon où Bertrand Bonello reçoit une mention spéciale du jury pour son interprétation. Puis le film est sélectionné à Berlin en 2015 dans la catégorie Forum. Il développe deux nouveaux longs-métrages : Monument Valley (co-réalisé avec Didier d'Abreu) et Madeleine Collins. En parallèle il co-écrit le film de Marie Losier, Cassandro, the Exotico et produit, avec sa société House on Fire, L'ornithologue, le long-métrage du réalisateur portugais João Pedro Rodrigues.
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