Nació en Ribafrecha (La Rioja) en 1966. Se licenció en Bellas Artes, especialidad Pintura, por la Universidad Complutense de Madrid.

Entre 1993 y 1994 estudió fotograbado y fotoserigrafía en Ormond Road Workshop (Londres), además de un curso avanzado de postgraduado en Grabado en St. Martins School de Londres.   Con posterioridad regresó a Madrid, donde se dedicó por un tiempo a la escultura, la pintura y el grabado.

Desde el año 2000 trabaja profesionalmente como ilustradora de libros infantiles, fecha en la que ganó, en colaboración con su hermana Dori Santolaya, el Premio Apelles Mestres por Las damas de la luz. Desde entonces ha trabajado con varias de las editoriales más importantes del panorama nacional, como SM, Anaya, Destino, Santillana, Aldeasa, etc.

También ha hecho colaboraciones publicitarias y en publicaciones destinadas al público adulto.

Uno de sus proyectos más ambiciosos es una serie de biografías infantiles sobre las escritoras Virginia Woolf, María Zambrano, Gloria Fuertes o Carmen Martín Gaite, con texto de Luisa Antolín. Antonia Santolaya ha expuesto en diversas salas de nuestro país y también imparte talleres de ilustración.

Hotel Florida, publicada por NORMA Editorial, es su última obra hasta la fecha.