Антон Ульрих - младший сын герцога Саксен-Мейнингена Бернгарда I и его второй супруги Елизаветы Элеоноры Брауншвейг-Вольфенбюттельской, дочери герцога Антона Ульриха Брауншвейг-Вольфенбюттельского. В момент смерти отца Антон Ульрих находился в поездке в Нидерландах и отправился дальше в Англию, Швейцарию и Италию.
Антон Ульрих пришёл к единоличной власти в Саксен-Мейнингене только с 10 марта 1746 году, после смерти старшего единокровного брата герцога Эрнста Людвига I и его сыновей Эрнста Людвига II и Карла Фридриха, а также старшего единокровного брата Фридриха Вильгельма.
Антон Ульрих уже правил совместно со своим единокровным братом Фридрихом Вильгельмом с 1743 года, поскольку в Саксен-Мейнингене не действовала примогенитура. Поэтому после смерти отца наступили смутные времена. Его старший единокровный брат Эрнст Людвиг I стремился к единоличной власти и сумел уговорить брата Фридриха Вильгельма отказаться от власти. Но Антон Ульрих судился несколько лет за своё право на власть в Саксен-Мейнингене. Умирая, Эрнст Людвиг I намеренно исключил его из числа регентов при своих сыновьях. Антон Ульрих в бессилии удалился в 1742 году во Франкфурт-на-Майне.
Поскольку не предполагалось, что Антон Ульрих когда либо станет наследником престола, в 1711 год он вступил в неравный брак с капитанской дочкой Филиппиной Елизаветой Цезарь (1686-1744), что привело к очередному витку напряжённости с роднёй. Хотя ему и удалось добиться официального признания своего брака в имперском придворном суде в Вене в 1727 году, десять детей, родившихся в этом морганатическом браке, были объявлены незаконнорождёнными в 1744 и 1747 годах.
В 1747-48 годах Антон Ульрих вёл войну с соседним герцогством Саксен-Гота-Альтенбург, развернувшуюся из-за конфликта двух придворных дам в Майнингене. В ещё одном конфликте с Саксен-Готой он безуспешно пытался добиться опекунства над несовершеннолетним Эрнстом Августом II Саксен-Веймар-Эйзенахским.
Став единоличным правителем, Антон Ульрих не отказался от проживания во Франкфурте, а наоборот именно там принимал наиболее важные решения и часто принимал генералов. Вместе с сестрой Елизаветой, аббатиссой Гандерсгеймского монастыря, Антон Ульрих основал собрание предметов искусства и естественных наук.
В 1750 году во избежание угасания Саксен-Мейнингенской линии Антон Ульрих в 63 года женился на 20-летней Шарлотте Амалии Гессен-Филипстальской, дочери ландграфа Гессен-Филипсталя Карла I. До 1762 года у них родилось восемь детей. Антон Ульрих, прослывший волевым, умным и видавшим мир человеком и при этом задиристым и вспыльчивым, редко бывал в своём герцогстве и не сумел восстановить разрушенное государственное управление. Это удалось после смерти его супруге.