При рождении, в 1920 году, Макарова была названа Антониной Макаровной Парфеновой. Однако, когда девочка пошла в первый класс деревенской школы, с её именем произошёл казус — учительница, записывая имена детей в классный журнал, перепутала отчество Антонины с её фамилией и в итоге в школьных документах она значилась как Антонина Макарова. Эта путаница стала началом того, что во всех последующих документах, в том числе и в паспорте, имя Антонины было записано как Антонина Макаровна Макарова.
В 1941 году, когда началась Великая Отечественная война, 21-летняя Макарова патриотично отправилась на фронт, вдохновившись, как и многие советские девушки, образом Анки-пулемётчицы из фильма «Чапаев». В 1941 году, когда началась Великая Отечественная война, 21-летняя Макарова оказалась на фронте в качестве санитарки. Осенью того же года она оказалась в числе немногих, кто чудом выжил в Вяземской операции, и после разгрома своей части несколько дней скрывалась в лесу, но в конечном итоге была арестована немцами. Через некоторое время она и солдат Николай Федчук, улучив момент, сбежали из плена. Несколько месяцев они скитались вдвоём по округе, пытаясь выбраться из немецкого окружения. Позже Макарова призналась, что была слишком напугана и поэтому, фактически, сама увязалась за Федчуком, предложив ему себя в качестве так называемой «походной жены».
В январе 1942 года пара добралась до села Красный Колодец, где у Федчука жили жена и дети, и он, несмотря на просьбы Макаровой, расстался с попутчицей. Макарова ещё какое-то время скиталась по деревням и сёлам, нигде не задерживаясь надолго, и в конечном итоге оказалась на территории новообразовавшейся Локотской республики в селе Локоть, где её снова задержали немцы.
Когда немцы стали её расспрашивать, она стала ругать советскую власть, немцам это понравилось. И Макаровой предложили поступить на службу в локотскую вспомогательную полицию, она согласилась. Ей выдали пулемёт «Максим» для исполнения смертных приговоров, к которым были приговорены советские партизаны и члены их семей. По словам самой Макаровой, немцам явно не хотелось марать руки и они решили, что так будет даже лучше, если советских партизан казнит именно советская девушка. За согласие участвовать в расстрелах немцы поселили Макарову в комнате на местном конезаводе (превращенном в тюрьму), где она хранила и сам пулемёт.
На самой первой казни Макарова, хоть и держалась стойко, но никак не могла выстрелить, из-за чего немцы напоили её алкоголем. При следующих расстрелах алкоголь ей уже не понадобился:
"Я не знала тех, кого расстреливаю. Они меня не знали. Поэтому стыдно мне перед ними не было. Бывало, выстрелишь, подойдешь ближе, а кое-кто ещё дёргается. Тогда снова стреляла в голову, чтобы человек не мучился. Иногда у нескольких заключённых на груди был подвешен кусок фанеры с надписью «партизан». Некоторые перед смертью что-то пели. После казней я чистила пулемет в караульном помещении или во дворе. Патронов было в достатке…" (с)
Она также заявила, что её никогда не мучили угрызения совести, и никто из убитых не являлся ей во снах, так как сами казни не воспринимались ею как что-то необычное. Тем не менее, на допросах позже она вспомнила обстоятельства одной из казней, где приговорённый к расстрелу парень перед смертью почему-то крикнул ей: «Больше не увидимся, прощай, сестра!» Заключённых на казнь к ней отправляли группами примерно по 27 человек. Бывали дни, когда она исполняла смертные приговоры по три раза в день. По официальным данным, она расстреляла около 1500 человек, но лишь у 168 человек удалось восстановить паспортные данные. За каждый расстрел Макарова получала по 30 рейхсмарок. После расстрелов Макарова снимала с трупов понравившуюся ей одежду, мотивируя это так: «Чего добру пропадать?»Часто она жаловалась на то, что на одеждах убитых остаются большие пятна крови и дыры от пуль. Очевидцы вспоминали, что часто по ночам Макарова приходила в местный конезавод, где немцы устроили тюрьму для приговорённых, и пристально рассматривала заключённых, словно заранее присматривала себе их вещи.
Макарова часто снимала напряжение в местном музыкальном клубе, где пила много алкоголя и наряду с несколькими другими местными девушками работала проституткой для немецких солдат. Такая разгульная жизнь привела к тому, что летом 1943 года Макарова была откомандирована в немецкий тыловой госпиталь на лечение от венерических болезней, и таким образом избежала захвата партизанами и Красной Армией, когда те освободили Локоть 5 сентября. В тылу Макарова завела роман с немецким поваром-ефрейтором, который тайно вывез её в своём обозе на Украину, а оттуда — в Польшу. Там ефрейтора убили, а Макарову немцы отправили в концлагерь в Кёнигсберге. Когда в 1945 году Красная Армия захватила город, Макарова выдала себя за советскую медсестру благодаря украденному военному билету, в котором указала, что с 1941 по 1944 год работала в 422 санитарном батальоне, и устроилась работать медсестрой в советский передвижной госпиталь.
Здесь же в местном госпитале она познакомилась с раненным в ходе штурма города солдатом-белорусом Виктором Гинзбургом. Через неделю они расписались, Макарова взяла фамилию мужа.
Антонина с мужем поселилась в Лепеле (Белорусская ССР) (это был родной город Виктора) и у них родилось две дочери. Антонина работала контролёром в швейном цехе на местной швейной фабрике, где проводила контроль качества продукции. Она считалась ответственным и добросовестным работником, её фотография часто оказывалась на местной доске почёта. Однако, проработав там много лет, Антонина не завела никаких друзей. Фаина Тарасик, которая в то время была инспектором отдела кадров фабрики, вспоминала, что Антонина была очень замкнутой, малоразговорчивой и во время коллективных праздников старалась как можно меньше употреблять алкоголя (вероятно, она боялась проговориться). Гинзбурги считались уважаемыми фронтовиками и получали все полагающиеся ветеранам льготы. О настоящей личности Антонины не знали ни муж, ни соседи, ни знакомые семьи.
Органы госбезопасности начали разыскивать Макарову сразу после того, как Локоть был освобождён от немцев. Однако уцелевшие жители посёлка могли сообщить следователям только скупые сведения, так как все они знали Макарову только как Тоньку-пулемётчицу. Поиски Макаровой растянулись на 30 лет, и лишь в 1976 году дело сдвинулось с мёртвой точки, когда в Брянске на городской площади один мужчина набросился с кулаками на некоего Николая Иванина, в котором узнал начальника локотской тюрьмы в период немецкой оккупации. Иванин, который, как и Макарова, всё это время прятался, не стал отпираться и подробно рассказал о своей тогдашней деятельности, заодно упомянув и Макарову (с которой у него был кратковременный роман). И хотя её полное имя следователям он по ошибке назвал как Антонина Анатольевна Макарова (а заодно ошибочно сообщил, что она была москвичкой), это была крупная зацепка, и КГБ начал разрабатывать список гражданок СССР с именем Антонины Макаровой. Однако нужной им Макаровой в нём не было, потому что список содержал только тех женщин, которые были под этим именем зарегистрированы при рождении. Нужная же им Макарова при рождении была зарегистрирована под фамилией Парфенова.
Изначально следователи ошибочно вышли на другую Макарову, которая жила в Серпухове. Иванин согласился провести опознание, и его привезли в Серпухов и поселили в местной гостинице. На следующий день Иванин покончил с собой в номере по невыясненным причинам. Тогда КГБ нашел других выживших свидетелей, которые знали Макарову в лицо, но все они не смогли её опознать, поэтому поиски начались заново.
Её настоящая фамилия стала известна, когда один из её братьев, проживавший в Тюмени, будучи сотрудником Министерства обороны, заполнил в 1976 году анкету для выезда за границу. В Лепеле за Макаровой была установлена слежка, но через неделю её пришлось прекратить, потому что Макарова начала что-то подозревать. После этого на целый год следователи оставили её в покое и всё это время собирали на неё материалы и улики. На одном из концертов, посвящённых Дню Победы, засланный чекист завёл с Макаровой разговор: Макарова не смогла ответить на его вопросы о местах дислокации воинских частей, где она служила, и об именах её командиров — она сослалась на плохую память и на давность событий.
В июле 1978 года следователи решили провести эксперимент: они привезли на фабрику одну из свидетельниц, в то время как Антонину, под выдуманным предлогом, вывели на улицу перед зданием. Свидетельница, наблюдая за ней из окна, опознала её, однако одного этого опознания было мало, и поэтому следователи устроили ещё один эксперимент. Они привезли в Лепель ещё двух свидетельниц, одна из которых сыграла работницу местного собеса, куда Макарову вызвали якобы для перерасчёта её пенсии. Та узнала Тоньку-пулемётчицу. Вторая свидетельница сидела снаружи здания со следователем КГБ и тоже узнала Антонину. В сентябре того же года Антонина была арестована по пути с места работы к начальнику отдела кадров. Следователь Леонид Савоськин, который присутствовал при её аресте, позже вспоминал, что Антонина вела себя очень спокойно и сразу всё поняла.
Антонина была доставлена в Брянск. Поначалу следователи опасались, что она вздумает покончить с собой, поэтому посадили к ней в камеру женщину-«шептуна». Та вспоминала, что Макарова всё равно была очень хладнокровной и уверенной в том, что ей дадут максимум три года как из-за её возраста, так и из-за давности тех событий (она даже строила планы относительно её дальнейшей жизни после отсидки). На допрос она вызвалась сама, где демонстрировала всё то же хладнокровие, отвечая прямо на вопросы. Антонина была искренне уверена, что её не за что наказывать, и всё списывала на войну. Не менее спокойно она вела себя и на следственных экспериментах, когда её привезли в Локоть. За время следствия она ни разу не вспомнила о своей семье. Виктор Гинзбург, не зная причин ареста жены, всё время пытался добиться её освобождения, после чего следователям пришлось сказать ему правду, из-за чего Гинзбург вместе с детьми уехал в неизвестном направлении из Лепеля (их дальнейшая судьба осталась неизвестна).
20 ноября 1978 года судья Брянского областного суда Иван Бобраков приговорил её к высшей мере наказания — смертной казни. Антонина восприняла это, как всегда, спокойно, но с того же дня стала подавать прошения о помиловании (хотя свою вину на суде она признала) в ЦК КПСС и другие инстанции, которые все были отклонены. 11 августа 1979 года приговор был приведён в исполнение.
В СССР дело Антонины Макаровой стало последним крупным делом об изменниках Родине в годы Второй мировой Войны и единственным, в котором фигурировала женщина-каратель. Антонина стала одной из трёх женщин СССР, которых приговорили к расстрелу в послесталинскую эпоху и чья казнь была достоверно установлена: в 1983 — Берта Бородкина, а в 1987 — Тамара Иванютина. Между тем, с дела Макаровой до сих пор не снят гриф секретности.
