Dopo aver ottenuto la laurea in psicologia, Antonio Bellia esordisce come regista con il documentario Peppino Impastato: storia di un siciliano libero (32') (distribuito dal Manifesto), a cui segue il film Nel cuore delle alghe e dei coralli (47') (distribuito dalla Medusa e acquistato da Tele+). Da quel momento per diversi anni alterna la regia di documentari al lavoro prima da assistente e poi da aiuto nel cinema. In quegli anni realizza il documentario su Silvia Baraldini Ore d'Aria (56') e lavora prima con Marco Tullio Giordana, poi con Ciprì e Maresco e con Roberto Faenza in qualità di aiuto regista.
Nel 2005 fonda insieme a Davide Ficarra la Demetra Produzioni avendo come obiettivo principale la produzione di documentari ed i servizi per il cinema e le televisioni. Sempre nel 2005 grazie al successo del documentario Crimini di Pace (47') (sui disastri del polo petrolchimico di Priolo acquistato dalla RAI) è invitato a far parte del comitato scientifico del decennale educazione sviluppo sostenibile (DESS) della Commissione Nazionale Italiana per l'UNESCO, di cui attualmente fa ancora parte.
Nel 2007 con 'A Pirrera (54') è chiamato a tenere un ciclo di seminari sul documentario italiano in numerose prestigiose università americane tra cui la Harward University di Cambridge e la Tolune di New Orleans. Nel 2008 collabora con Rai Educational realizzando due documentari per La storia siamo noi: Terre in Moto Belice '68 (54') e Cronache di Mafia (54').
Negli ultimi anni, pur rimanendo fedele all'amore per il documentario si confronta con vari ambiti dell'audiovisivo: da videoclip musicali a spot televisivi, a cortometraggi di fiction fino a toccare il mondo della videoarte (La terra inquieta). Nel 2010 torna alla regia di documentari con due opere: Uno di Noi (52') film collettivo realizzato per la prestigiosa TV Franco-tedesca ARTE' e A Tutto Tonno (52') film con cui torna a trattare le tematiche ambientali con un documentario sulla pesca del tonno rosso nel Mediterraneo.
Nel 2011 comincia la lavorazione del Il Santo Nero (75') attualmente in distribuzione nei cinema e di cui è prevista la distribuzione home video nel 2013 con la casa editrice Navarra Editore. Attualmente sta realizzando il suo nuovo doc per la TV franco tedesca ARTE'-ZDF sulla crisi in Italia dal titolo No Mans Land, e sta scrivendo in qualità di co-autore il nuovo film di Marco Bechis Tutte le Scuole del Regno.