Antoni Maria Badia i Margarit neix a Barcelona el 30 de maig del 1920.

Passa una infància envoltat d'un ambient familiar i acadèmic eminentment catalanista i, d'aquesta manera, entre el 1924 i el 1937 realitza els estudis de primària i de batxillerat a la Mútua Escolar Blanquerna. Acaba els estudis de batxillerat en plena Guerra Civil i en finalitzar el conflicte l'escola, dirigida per Alexandre Galí, se suprimeix. Durant la guerra participa en dues mobilitzacions militars: el 1938 amb el bàndol republicà i, el 1939, amb el nacional. Aquell mateix any comença la carrera de Filosofia i Lletres a una Universitat de Barcelona que en aquells moments es troba en un estat molt precari a causa de les depuracions polítiques i, en conseqüència, a la manca d'un professorat prou solvent. Tanmateix, l'any 1943 es llicencia en Filologia Romànica i comença a fer d'ajudant de classes pràctiques a la mateixa facultat i de professor auxiliar temporal. Al juny del 1945 es doctora a la Facultat de Filosofia i Lletres de la Ciutat Universitària de Madrid. El 1946 es casa amb Maria Cardús i l'any 1948 obté la càtedra de Gramàtica Històrica espanyola a la Universitat de Barcelona. L'any 1977, passats gairebé trenta anys, passa a la càtedra paral·lela de Gramàtica Històrica catalana que ja ocuparà fins a la seva jubilació, el 1986. Les línies d'investigació que seguirà a partir d'aquest moment seran, principalment, quatre: la fonètica experimental, la gramàtica històrica, la dialectologia i la toponímia. Aquestes matèries són l'objecte del seu estudi sobre castellà, aragonès i català. El 1948 guanya el Premi Antonio de Nebrija del Consejo Superior de Investigaciones Científicas pel seu estudi El habla del Valle de Bielsa (Pirineo Aragonés), que es publica l'any 1950.

L'any 1950 passa uns quants mesos a Suïssa, França i Alemanya, on descobreix la romanística europea. El 1951 es publica la Gramática histórica catalana. Aquesta obra es publicarà, en una versió en català, l'any 1981. L'abril del 1953 se celebra, a Barcelona, el VII Congrés Internacional de Lingüística Romànica i Badia i Margarit n'és vicepresident del comitè organitzador. Aquell Congrés va ser de gran importància per a l'autor per les relacions humanes i professionals que va mantenir amb els principals romanistes de l'època, amb qui va poder intercanviar impressions científiques. Especialitzat en el terreny de la geografia lingüística, participa en la gestació de l'Atles lingüístic del domini català, del 1965. Gran apassionat del món universitari, dedica gran part de les seves energies tan a l'ensenyament com a una institució que sempre el va preocupar enormement. Així, fets com l'assemblea del Paranimf de la Universitat de Barcelona, l'any 1957, l'afecten molt i el fan viure en una tensió constant. El 1960 pateix el que ell mateix anomena «un cert esgotament» produït per fets diversos com aquesta preocupació política per la universitat com a institució com per tots els anys de feina sense descans. D'aquesta manera, marxa a Munic com a professor visitant i, posteriorment, passa el curs 1961-1962, també com a professor visitant, a la Universitat de Georgetown (Washington D.C.).

En tornar a Barcelona la seva tasca científica pren noves direccions i amplia els seus camps d'estudi sempre orientats, això sí, a «contribuir que en català trobessin expressió les diferents escoles i posicions lingüístiques que havien anat apareixent en el món científic». L'any 1964 apareix l'obra Llengua i cultura als Països Catalans. Amb tot, enmig de l'ambient cada vegada més tens que es viu en el context social, polític i universitari, el curs 1967-1968 torna per segona vegada als Estats Units, com a professor visitant, aquesta vegada a la Universitat de Wisconsin. Quan torna s'incorpora de nou a la Facultat de la Universitat de Barcelona. L'any 1969 es publica l'estudi La Llengua dels barcelonins: resultats d'una enquesta sociològico-lingüística i, el 1973, La llengua catalana ahir i avui. L'any 1974 marxa a París per exercir de professor associat de la Sorbona durant els cursos 1974-1975 i 1975-1976. El mateix any 1976 publica els títols Vint-i-cinc anys d'estudis sobre la llengua i la literatura catalanes (1950-1975) i Cap a una sociolingüística catalana.

El desembre del 1977 Antoni Maria Badia i Margarit és escollit rector de la Universitat de Barcelona i, el gener del 1978, pren possessió del càrrec. Com a conseqüència de la dedicació que el Rectorat exigeix, la seva feina d'investigació queda parcialment aturada i més quan, el 1981, és reelegit. El 1984 és reelegit novament i, d'aquesta manera, està al capdavant de la universitat fins al 1986, any en què Josep M. Bricall el va succeeix. Es jubila el 29 de maig del 1986. El Rectorat suposa, en gran part, una ruptura amb el seu treball personal i d'investigació. Amb tot, mai deixa de publicar i durant tot aquest període veuen la llum tot un seguit d'obres de gran rellevància: Ciència i passió dins la cultura catalana, del 1977; la traducció al català de l'esmentada Gramàtica històrica catalana (1981); La formació de la llengua catalana: assaig d'interpretació històrica, de l'any 1981; Llengua i societat: etapes de la normalització, del mateix any i Llengua i poder. Textos de sociolingüística catalana, apareguda el 1986. Com a resultat dels anys al Rectorat també en surten títols com Formulari administratiu aplicat especialment a la universitat, del 1979, i, especialment, l'obra de caire memorial Llavor de futur. Vuit anys al rectorat de la Universitat de Barcelona, que es publica l'any 1989.

Després de la jubilació a la universitat, continua la feina d'investigació de manera infatigable i publica els títols següents: Sons i fonemes de la llengua catalana i La llengua catalana: un procés multisecular, del 1988; Gramàtica de la llengua catalana: descriptiva, normativa, diatòpica, diastràtica, publicada el 1994; Les Regles de esquivar vocables i la «qüestió de la llengua», del 1999. Apologia i vindicació de la llengua catalana i el recull d'articles Moments clau de la història de la llengua catalana són els dos darrers títols publicats l'any 2004.

En l'apartat de mèrits i honors, Antoni Maria Badia i Margarit figura, des del 1971, en el Comitè d'Honor dels Congressos de Lingüística i Filologia Romàniques. És president d'honor del II Col·loqui de Català d'Amsterdam (1970), de la Norh American Catalan Society (NACS) i de la Deutsch Katalanische Gesellschaft (DKG). Al VII Col·loqui de l'Associació Internacional de Llengua i Literatura Catalanes (AILLC) (Salou-Tarragona, 1985), l'assemblea l'elegeix conseller de l'associació. És investit doctor honoris causa, entre d'altres, de les Universitats de Salzburg (1972), Tolosa-Le Mirail (1978) i París-Sorbona (1986). En acabar-se el mandat de rector de la Universitat de Barcelona, és nomenat rector honorari (1986). També és reconegut amb la Creu de Sant Jordi de la Generalitat de Catalunya (1986) i guardonat amb el Premi d'Honor Lluís Carulla (1995) i el Premi de la Fundació Catalana per a la Recerca (1996). El 1999 se li concedeix la Medalla al Mèrit Científic de l'Ajuntament de Barcelona (1999). L'any 2003 és reconegut amb el Premi d'Honor de les Lletres Catalanes. També cal destacar l'Homenatge del Congrés Internacional de Ciències Onomàstiques del 2011. L'any 2012 se li concedeix la Medalla d'Or de la Generalitat de Catalunya.

Antoni Maria Badia i Margarit mor a Barcelona el 16 de novembre de 2014, a l'edat de noranta-quatre anys.