Antonio Segni nasce a Sassari il 2 febbraio 1891, da una nobile famiglia di proprietari terrieri di origine genovese.
Si laurea in giurisprudenza nel 1913. Partecipa alla prima guerra mondiale come ufficiale di artiglieria.
Iscritto al Partito Popolare italiano sin dalla sua fondazione nel 1919, con l'avvento del fascismo abbandona completamente l'attività politica dedicandosi esclusivamente agli studi giuridici.
Chiamato a ricoprire la cattedra di Diritto civile all'Università di Perugia nel 1920, insegna poi nelle Università di Cagliari, Pavia, Sassari (della quale è stato Rettore Magnifico dal 1946 al 1951) e Roma. Nel 1942 è uno tra i fondatori della Democrazia Cristiana.

La sua attività di governo inizia nel dicembre del 1944 con la nomina a Sottosegretario all'Agricoltura e Foreste nel secondo Governo Bonomi, incarico mantenuto nei successivi Governi Parri e De Gasperi.
È eletto deputato all'Assemblea Costituente nel 1946 nelle liste della Democrazia Cristiana.
È nominato Ministro dell'Agricoltura e Foreste dal 1946 al 1951, nei vari Governi De Gasperi (dal Il al VI), proprio nel periodo in cui è elaborata e votata la riforma agraria.
Dal luglio del 1951 al gennaio del 1954 - eccettuato un breve intervalio - è Ministro della Pubblica Istruzione nel settimo Governo De Gasperi e nel Governo Pella.
È Presidente del Consiglio dei ministri dal 6 luglio 1955 al 15 maggio 1957 (I Governo Segni). Tra gli atti di questo Governo va, tra l'altro, ricordata la firma dei Trattati della Comunità Economica Europea e dell'Euratom (25 marzo 1957), che danno l'avvio al processo di integrazione europea. È nominato Vice Presidente del Consiglio e Ministro della Difesa nel 1958 nel secondo Governo Fanfani e nuovamente Presidente del Consiglio dei ministri e Ministro dell'Interno dal 15 febbraio 1959 al 23 marzo 1960 (Il Governo Segni). Passa a dirigere il Ministero degli Affari Esteri nel marzo del 1960 nel Governo Tambroni, incarico che mantiene anche nei successivi Governi Fanfani.

È eletto Presidente della Repubblica il 6 maggio 1962 (al nono scrutino con 443 voti su 854): presta giuramento il giorno 11 maggio. Ha settantuno anni.
Dato il suo prestigio internazionale, i ruoli ricoperti come Capo del Governo e Ministro, è figura autorevole capace di rassicurare gli oppositori all'alleanza con il Partito Socialista, un Capo di Stato moderato di contrappeso alle aperture del Governo verso il centro-sinistra.
Ricordiamo che i socialisti entrano a far parte del I Governo Moro il 4 dicembre del 1963.

Fin dal discorso di insediamento prende le distanze dal suo immediato predecessore Giovanni Gronchi. Convinto europeista, ribadisce l'aspirazione all'unità dell'Europa e la convinta adesione alla Comunità atlantica, e precisa la sua interpretazione del ruolo presidenziale, per cui la determinazione degli indirizzi politici nella vita dello Stato è prerogativa del Governo e in particolare del Parlamento.
Si pone, quindi, come garante dell'osservanza della Costituzione e della «unità civile e morale della nazione italiana una e indivisibile».
Nei suoi due anni di presidenza rinvia per ben otto volte alle Camere dei progetti di legge sprovvisti di copertura finanziaria e contrasta i disegni di legge relativi alla nazionalizzazione dell'energia elettrica e i contratti agrari.
Ma non valica mai i limiti del suo mandato.

Il 1963 è un anno carico di tragici eventi, quali la tragedia del Vajont il 9 ottobre, la morte di Papa Giovanni XXIII il 3 giugno e l'assassinio del Presidente americano john Kennedy il 22 novembre. Da ricordare che i1 Pontefice, l'11 maggio del 1963, è al Quirinale, per una visita storica che segna la fine di un'epoca e una riconciliazione effettiva tra Stato e Chiesa. Altrettanto importante la visita al Quirinale, il 3 luglio del 1963, del Presidente Kennedy, che testimonia e evidenzia i sentimenti di amicizia fra Stati Uniti e Italia.
Nel 1964 riceve il Premio "Carlo Magno" nella città di Aquisgrana per gli alti meriti acquisiti nell'azione svolta in favore dell'unità europea.

Risiede nel Palazzo, con la moglie Donna Laura e la famiglia.

Nomina Senatori a vita: Cesare Merzagora (1963), Ferruccio Parri (1963), Meuccio Ruini (1963).

È colpito da malattia il 7 agosto 1964; accertata la condizione di impedimento temporaneo, dal 10 agosto è istituita la supplenza del Presidente del Senato Cesare Merzagora (fino al 28 dicembre 1964).
Pur trattandosi di grave malattia, non si arriva mai alla dichiarazione di "impedimento permanente", che avrebbe comportato una nuova elezione, e la situazione è poi risolta dalle dimissioni volontarie del 6 dicembre 1964.
Il periodo delia supplenza è ricco di dibattiti fra i maggiori costituzionalisti, a causa dei complessi problemi istituzionali legati alla supplenza, in merito ai quali non mancano proposte di legge rimaste peraltro prive di seguito.
Mancava infatti una legge integratrice dell'art. 86 della Costituzione che indicasse gli organi cui affidare l'accertamento della condizione di impedimento, modi e tempi della relativa procedura, eventuali limiti temporali e oggettivi della supplenza. La procedura seguita (dichiarazione resa dal Presidente del Consiglio dei ministri, previa intesa coi Presidenti delle Camere, sulla base del referto clinico ufficialmente comunicato dal Segretario generale della Presidenza della Repubblica), era in effetti del tutto inedita perché articolata in via di prassi.
Ma i problemi maggiori sarebbero sorti qualora dall'impedimento temporaneo si fosse dovuto passare all'impedimento permanente, poiché nessuna indicazione si trova nella Costituzione persino circa l'organo titolare della delicata funzione, non direttamente identificabile con il Governo, né con il Parlamento, né con la Corte costituzionale.
Diviene Senatore a vita quale ex Presidente della Repubblica (ai sensi dell'art. 59 della Costituzione).

Muore a Roma il 1 dicembre 1972.