Fille d’un ingénieur italien et d’une Libanaise d'origine grecque, Antonella Lualdi, de son vrai nom Antonietta De Pascale, quitte Beyrouth au début de la Seconde Guerre mondiale pour s’installer avec sa famille à Milan. Etudiante à Florence, elle s’essaie avec succès au théâtre et au mannequinat. A l’aube des années 1950, alors qu’elle n’a pas encore 20 ans, elle se lance dans le cinéma en participant au tournage de trois longs métrages : la comédie musicale Signorinella, le péplum Échec à Borgia et Pour l'amour du ciel avec Jean Gabin.

Durant cette décennie, celle que l’on considère déjà comme l’égale de Gina Lollobrigida irradie plusieurs films de sa beauté métisse, et pas des moindres : Le Manteau (1952), adaptation d’une nouvelle de Nikolaï Gogol par Alberto Lattuada, la comédie à sketches Adorables créatures (id.) de Christian-Jaque, Le Rouge et le Noir (1954) de Claude Autant-Lara, qui lui apportera la consécration, ainsi que Les Amoureux (1955), œuvre dans laquelle elle donne la réplique à son mari Franco Interlenghi. A ses côtés, elle jouera également dans Non c'è amore più grande (1955), Nos plus belles années (1956), Les Jeunes Maris (1957) ou encore Délit de fuite (1958). Partagée entre l’Italie et la France, Antonella Lualdi se montre très prolifique, alternant les genres et apportant à chaque fois sa touche glamour à des productions parfois assez sombres comme Méfiez-vous fillettes (1957), Match contre la mort (1959), Les Garçons (id.), J'irai cracher sur vos tombes (id.) ainsi que A double tour (id.) de Claude Chabrol, drame au cours duquel son personnage meurt assassiné.

Dans les années 1960, Antonella Lualdi brille dans quelques récits d’aventures, inspirés de véritables faits historiques (Les Mongols, Surcouf, le tigre des sept mers et sa suite Tonnerre sur l'océan indien) ou basés sur des contes mythologiques (Les Titans, 1962), mais elle commence à se faire plus rare sur le grand écran. La décennie suivante la verra surfer sur la vague du « Poliziottesco » (un polar à l’italienne assez violent) sous la direction de réalisateurs experts en la matière - Stelvio Massi, Gianni Crea, Roberto Gorimetti – et s’illustrer en France dans quelques mini-séries comme La Corde au cou ou Les Eygletière. De cette période, on retiendra également sa prestation chez Claude Sautet dans l’excellent Vincent, François, Paul et les autres.

A partir des années 1980, la comédienne entame une véritable traversée du désert dont elle ne sortira qu’en 1992, grâce à la série à succès Les Cordier, juge et flic. Son personnage est celui de Lucia, épouse du commissaire de police interprété par Pierre Mondy.