Era hija única del médico Giacomo Padoani y de Diana Paresco. Estudió música y literatura. Realizó varios viajes con el guitarrista Francesco Corbetta, entre ellos a Viena, Bruselas, Hannover, España y París. Fue también discípula de Francesco Cavalli alrededor de 1654. En 1659 se casa con Lorenzo Bembo, descendiente de Pietro Bembo. Pasan su primer año de matrimonio en la casa de los Padoani en Venecia, donde surgen conflictos entre el padre y su marido. Tienen tres hijos, Diana, Andrea y Giacomo. A la muerte de su padre, se mudan a Venecia viviendo en la iglesia de San Moisés.

Edición discográfica de obras de Antonia Bembo

Pero en 1672, obligada por los malos tratos de su abusivo marido emprendió un valiente escape de su Venecia natal dejando atrás a sus tres niños y pudo establecerse como compositora (y quizás cantante) en París bajo la protección del Rey Luis XIV. Este le ofrece cobijo en la comunidad femenina Petite Union Chrétienne des Dames de Saint Chaumont (Pequeña Unión Cristiana de Damas de Saint Chaumont), en la parroquia de Notre Dame de Bonne Nouvelle, en las afueras de París. Compuso en la mayoría de los géneros vocales contemporáneos: ópera, serenatas, arias, airs, cantatas seculares y sacras, grandes y pequeños motetes. Su primera colección, "Produzioni armoniche", consiste en 41 arias y cantatas con textos en italiano, francés y latín, principalmente para soprano y continuo. El entrenamiento musical italiano de Bembo se refleja aquí en virtuosismo vocal, madrigalismos, largos melismas y expresiva disonancia. El Libro 2 está dedicado a Marie-Adélaïde de Saboya, Duquesa de Borgoña, con ocasión del nacimiento del primer Duque de Bretaña en 1704. Contiene un Te Deum  a tres voces y una serenata italiana a cinco voces (‘un picciolo divertimento'), revelando una firme comprensión de la estructura musical, control melódico y modulación armónica. Las características de los libros 3–6 atestiguan los muchos años que Bembo vivió en Francia. El Libro 3 contiene dos motetes, una partitura del Te Deum  a cinco voces (un gran motete al estilo de Lully y Lalande) y una partitura del Salmo XIX a tres voces.

La ópera de 1707 "Ercole amante", único manuscrito que lleva fecha, es música sobre el libreto de Buti, como lo usó Cavalli, maestro de Bembo, en 1662. Aunque similar a las óperas italianas contemporáneas, la obra de Bembo demuestra su procedencia francesa en su uso en las formas del coro, obertura y danzas instrumentales. El lenguaje francés es particularmente evidente en su último libro, "Les sept psaumes de David", que marca un retorno a la música de cámara vocal y muestra su dominio de la prosodia gala con numerosos cambios métricos.

Sus obras se conservan en la Bibliothèque Nationale de París y consta de seis volúmenes y el Produzioni armoniche. Los documentos en Venecia corroboran la autobiografía  proporcionada por las dedicatorias de sus seis volúmenes de música manuscrita, en la Bibliothèque Nationale, París.