A făcut studii primare la Botoșani (1874-1878), gimnaziale și liceale la Institutul Academic din Iași (1878-1885), unde i-a avut ca profesori pe Grigore Cobălcescu, Petru Poni ș.a., iar pe Emil Racoviță, printre alții, ca și coleg de clasă, potrivit seriei de biobibliografii ''Grigore Antipa 1867-1944'' (Editura Academiei Republicii Populare Române, 1961), notează Agerpres.

În 1885 s-a înscris la Universitatea din Iași, Facultatea de Științe, urmând pentru scurt timp științele naturale. A plecat la Jena, unde își făcea studiile și fratele său N. Leon, și s-a înscris la Facultatea de Filosofie, unde i-a avut printre profesori pe: Ernst Haeckel, Arnold Lang, Stahl, Schaeffer etc.

A lucrat între 1888-1889, la recomandarea profesorului său Ernst Haeckel, la stațiunea zoologică de la Villefranche-sur-Mer. În 1890, a reluat cercetările la stațiunea bio-marină de la Helgoland, sub conducerea dr. W.Kukenthal, al doilea asistent al profesorului Haeckel. În 1891 a lucrat la stațiunea zoologică de la Neapole. 

Muzeul Antipa din București — interior (anii '50 — placă fotografică)

În 1889 s-a reîntors la Jena. Pe drumul de întoarce, oprindu-se în Paris, Grigore Antipa a vizitat muzeele, institutele de biologie și a audiat cursuri la Sorbona.

La 9 martie 1891, Grigore Antipa a obținut titlul de doctor în biologie cu calificativul magna cum laudae, potrivit www.antipa.ro. Mențiunea aceasta a fost cea de-a treia acordată de profesorul Haeckel, în întreaga sa carieră: prima i-a fost acordată lui A. Walter, cea de-a doua lui Hans Driesch și cea de-a treia lui Grigore Antipa. Anul următor s-a întors în țară.

În 1893, a fost numit director al Colecțiilor zoologice și în conducerea administrației Pescăriilor statului. În 1895 a devenit administrator general al Pescăriilor statului.

Tot în 1893, Grigore Antipa a întreprins o expediție de 9 luni în Marea Neagră, adunând un bogat material pentru colecție. S-a oprit 10 zile la Stațiunea biologică de la Sevastopol, al cărei director era profesorul A. Ostroumov, care participase la vestitele expediții ale lui Spindler și Vranghel (1890, 1891). A lucrat 10 zile și la Odesa, în laboratorul zoologului, profesorul Salenski, conform publicației ''Grigore Antipa 1867-1944'' (Editura Academiei Republicii Populare Române, 1961). 

Muzeul Antipa din București — interior (anii '50 — placă fotografică)

În 1906 a construit noul local al Muzeului zoologic din Șoseaua Kiseleff, unde a strămutat colecțiile zoologice. Cu acest prilej, a introdus aici, pentru prima dată în lume, ''dioramele'', vitrine tridimensionale, în care speciile erau prezentate pe categorii de habitate, în posturi naturale și proiectate pe un fundal pictat. Succesul de care s-a bucurat acest mod de prezentare a făcut ca dioramele să fie un exemplu urmat și de alte muzee din lume, potrivit volumului ''Istoria României în date'' (Ed. Enciclopedică, 2003) și www.antipa.ro. Inaugurarea oficială a muzeului a avut loc la 24 mai 1908. La 18 iunie 1914, Muzeul zoologic a primit numele de Muzeul Național de Istorie Naturală, iar la 23 mai 1932, instituția a primit numele de ''Grigore Antipa'' în onoarea fondatorului său. A fost directorul Muzeului Național de Istorie Naturală din 1908 până în 1944, anul în care a murit.

Profesorul Constantin Motăș (1891-1980), director al Muzeului de Istorie Naturală ''Grigore Antipa'' (1945-1949) și al Institutului de Speologie ''Emil Racoviță'' (din 1956) evoca în seria de biobibliografii ''Grigore Antipa 1867-1944'' (Editura Academiei Republicii Populare Române, 1961), momentul în care l-a întâlnit pe marele savant, în cadrul unei vizite întreprinse la București, în 1914: ''La intrarea în muzeu, ne-a întâmpinat un om mărunțel de statură, rotofei la trup, cu un cap și el rotund, parcă prea greu pentru umerii săi. Bonomia și amabilitatea sa ne-a cucerit pe toți. Vorba sa răspicată și mai ales mobilitatea sa extraordinară, ne-a dat impresia că este un adevărat comprimat de energie. (...) Așa l-am cunoscut pe d-rul Antipa, creatorul magicelor diorame ale muzeului, și unde animalele sunt așezate în mediul lor natural, fondul pictat completând iluzia că ești în fața realității, și nu într-un muzeu — unde totul este sleit și mort — și făcându-te să să crezi că rătăcești cu adevărat în tundra polară sau în preria nord-americană, în deșertul Saharei sau în savana africană, în Bărăgan sau în Delta Dunării, pe malul Razelmului, sau în pădurile Carpaților. Dar grupele etnografice: familii de australieni, eschimoși, laponi, malaezi, samoiezi, negri africani, piei roșii, așezați fiecare în mediul lor, cu costumele lor obișnuite, la ocupațiile lor de toate zilele, sau îmbrăcați pentru dansurile lor? Tot ce am văzut ne-a fermecat și uluit. Simțul artistic deosebit al creatorului muzeului și al soției care l-a ajutat în opera sa, ca și colaboratorii săi devotați, realizase minunile acestea de un efect atât de extraordinar''. 

Muzeul Antipa din București — interior (anii '50 — placă fotografică)

Savantul român a îmbogățit colecțiile științifice ale Muzeului, primind donații și achiziționând piese, fiind susținut în activitatea sa de o serie de personalități importante, dar și de instituții din țară și din străinătate. ''Materialul care i-a servit la realizarea acestei opere a fost de mai multe proveniențe: mai întâi ceea ce el a găsit în niște lăzi nedespachetate, acoperite de praf, de praful uitării, sub scara Universității din București, pe care le trimisese de mult, de peste mări și țări, din insulele Sundelor, un român, originar din Rășinari, dr. Ilarie Mitrea, ajuns general medic în armata olandeză; în al doilea loc, ceea ce fusese adunat de însuși Antipa, în timpul explorărilor făcute în 1893 cu vasul 'Elisabeta' în Marea Neagră; apoi ceea ce reușise să obțină de la marile muzee europene și de la stațiunile zoologice marine; la acestea s-au adăugat colecțiile donate de diferiți exploratori și vânători români; colecțiile achiziționate prin diferite cumpărări și ceea ce mai rămăsese din colecțiile Cabinetului de curiozități, întemeiat la 1832, la Spitalul Colțea sub domnia lui Alexandru Ghica'' notează sursa amintită mai sus.

Grigore Antipa a pus bazele școlii românești de hidrobiologie, ihtiologie și oceanologie. A fost, totodată, unul dintre creatorii muzeologiei moderne, publicând în 1918, 1923 și 1934 principii și norme generale de muzeologie. ''Organizatorul unui muzeu modern de științe — după Antipa — trebuie bineînțeles să fie nu numai un bun naturalist și un explorator științific, ci și un bun pedagog'', potrivit aceleiași surse, ceea ce Grigore Antipa a dovedit a fi, în modul cum a organizat și aranjat colecțiile în cadrul Muzeului ce îi poartă numele. 

Muzeul Național de Istorie Naturală 'Grigore Antipa' din București; elevi ai mai multor instituții de învățământ preuniversitar vizitează muzeul în cadrul programului educațional 'Școala Altfel', ce s-a desfășurat în 2013 sub sloganul 'Să știi mai multe, să fii mai bun!'

Activitatea sa științifică s-a axat pe diferite domenii ale biologiei teoretice și aplicate. Astfel, în domeniul zoologiei, s-a ocupat de morfologia unor meduze (Lucernaride), descriind, în 1892, o nouă specie de Drymonema și o Stauromeduză, ca și de fauna ihtiologică din România (''Fauna ihtiologică în România'', 1909; ''Marea Neagră și ihtiologia ei'', 1941), făcând studii ample asupra peștilor endemici din bazinul Mării Negre (''Clupeidele'', 1903; ''Sturionii'', 1905; ''Iconographie des Sturionides et des Clupeides de la Mer Noire'', 1933; ''La vie dans la Mer Noire'', 1933), conform volumului ''Membrii Academiei Române/ 1866-2003'' (Ed. Enciclopedică/ Ed. Academiei Române, 2003).

A fost, de asemenea, cel mai de seamă ecolog și hidrobiolog român, lăsând numeroase lucrări privitoare la viața din apele dulci și marine. Cu lucrarea sa ''L'organisation générale de la vie collective des organismes et du mécanisme de la production dans la Biosphere'' (1935), a pus bazele unei noi științe interdisciplinare — bioeconomia.

Având la bază o teorie biologică originală, constând în înțelegerea și respectarea echilibrelor ecologice, ''Sistemul Antipa'' a fost adoptat de Facultatea de Agricultură din Urbana (SUA), care l-a aplicat inițial pentru explorarea complexă a luncilor inundabile ale fluviului Illinois, după care sistemul s-a generalizat în mai multe state americane, precum și în Europa, în regiunile limitrofe Vistulei, Rinului, Volgăi, etc. 

Zeci de persoane vizitează Muzeul Național de Istorie Naturală 'Grigore Antipa', în cadrul evenimentului Noaptea Muzeelor, ediția 2015 în București

În calitate de administrator al Pescăriilor statului (1895), Grigore Antipa a acordat o atenție aparte organizării pescuitului în apele dulci din România și exploatării peștelui din Marea Neagră: ''Despre necesitatea introducerii unei pisciculturi sistematice în apele României'' (1892); ''Studiul asupra pescăriilor din România'' (1895); ''Exploatarea în regie a Pescăriilor Statului'' (1905); ''Pescăria și pescuitul în România'' (1916); ''Pescăriile și regiunea inundabilă a Dunării în cadrul economiei naționale și mondiale'' (1932).

S-a preocupat îndeaproape de valorificarea rațională a resurselor naturale: ''Dunărea și problemele ei științifice, economice și politice'' (1921); ''Les principes de l'amélioration de la production du Bas Danube'' (1932); ''Les recherches hydrobiologiques et leurs applications pratiques en Roumanie'' (1937).

În 1912 a editat, sub egida Academiei Române, ''Bullétin de la Section Scientifique'', în care s-au publicat cu prioritate lucrări românești.

De numele său se leagă înființarea, în 1924, a Stațiunii de cercetări piscicole din Delta Dunării, în prezent, Institutul Național pentru Cercetări și Proiectare Delta Dunării, iar în 1932 a Institutului Biooceanografic de la Constanța, astăzi, Institutul Român de Cercetări Marine ''Grigore Antipa'' Constanța, potrivit www.antipa.ro.

Marele savant a fost autorul unor legi și convenții: Legea pescuitului cu regulamentul de punere în aplicare și expunerea de motive (1896), Convențiile pentru reglementarea pescuitului în Dunăre încheiate cu Rusia, Austro-Ungaria, Serbia și cu Bulgaria (1905), Legea pentru punerea în valoare a terenurilor băltoase și de inundații (1927), Legea pentru punerea în valoare a stufului și papurii din Delta Dunării (1942).

A participat la: Congresul Internațional de Pescărie din Viena (1905), Congresul Internațional de Pescărie de la Washington (22-28 septembrie 1908), unde a fost primit de președintele SUA, Theodore Roosevelt, Congresul Internațional de Zoologie de la Graz (15-20 august 1910), Congresul Internațional de Pescărie de la Roma (1911), Congresul Internațional de Zoologie de la Budapesta (1927), Congresul Internațional de Agricultură și Pescuit de la Paris (1931). 

Pentru meritele sale i-au fost decernate o serie de distincții: Ordinul Steaua României (1897), Ordinul Sfânta Ana clasa II, Rusia (1901), Coroana României în grad de comandor (1902), Crucea Iugoslavă, Serbia (1902), Ordinul Franz Joseph, Austro-Ungaria (1903), Ordinul Sfânta Ana clasa I, Rusia (1903), Coroana de fier clasa II, Austro-Ungaria (1907), Ordinul Corona d'Italia, Italia (1908), Ordinul Steaua României în grad de comandor (1908), Coroana României în grad de mare ofițer (1916), Meritul cultural pentru știință teoretică și aplicată în grad de cavaler cls. I (1931), Meritul agricol în grad de comandor (1932), Ordinul Leopold în grad de comandor, Belgia (1934), Ordinul Cavaliere di Gran Croce, Italia (1935), Meritul cultural pentru știință în grad de comandor (1943).

A primit, de asemenea, titlul de Doctor Honoris Causa al Facultății Agronomice din Berlin.

Grigore Antipa a fost membru al unor organisme internaționale de prestigiu: Societatea Zoologică din Londra, Institutul Oceanografic din Paris, societățile geografice din Viena și Berlin, societățile de agricultură din Franța și SUA, Comisia Mediteranei (vicepreședinte), Consiliul Mărilor de la Copenhaga, Asociația austriacă de pescuit (membru de onoare).

A fost membru corespondent (16 aprilie 1907) și membru titular (14 mai 1910) al Academiei Române; vicepreședinte (11 iunie 1921-11 iunie 1924; 31 mai 1935-3 iunie 1938) al Academiei Române; președinte al Secțiunii Științifice a Academiei Române (1939-1942).

Marele savant român a murit la 9 martie 1944, în urma unui atac de angină pectorală.