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Filho de médico, estudou no Colégio Marista do Recife. Aos 12 anos ingressou na Escola de Belas Artes do Recife. Foi aluno do violinista catalão Luís Soler e estudou canto lírico com Arlinda Rocha.
Com sua formação clássica, começou sua carreira na Orquestra de Câmara da Paraíba em João Pessoa, onde atuou até o final dos anos 60. Na mesma época participava da Orquestra Sinfónica do Recife, onde fazia também apresentações como solista.
Como contraponto à sua formação erudita, Antonio Nóbrega participava de um conjunto de música popular com suas irmãs. "Só que a música popular que eu compunha e tocava era a das rádios e da televisão: Beatles, Jovem Guarda, a nascente MPB, Caetano Veloso, Edu Lobo".
Em 1971 Ariano Suassuna procurava um violinista para formar o Quinteto Armorial e, após ver Antonio Nóbrega tocando um concerto de Bach, lhe fez o convite que mudaria completamente sua carreira musical.
Antônio Nóbrega, que até essa ocasião tinha pouco conhecimento da cultura popular, passou a manter contacto intenso com todas suas expressões como os brincantes de caboclinho, de cavalo-marinho e tantos outros, que passou a conhecer e pesquisar.
Nóbrega revelou-se um fenómeno, ao conseguir unir a arte popular com a sofisticação. É, literalmente, um homem dos sete instrumentos, capaz de cantar, dançar, tocar bateria, rabeca, violão etc. Realizou espetáculos memoráveis em teatros do Rio de Janeiro e de São Paulo, com destaques para Figural (1990) e Brincante (1992). Figural é um espetáculo em que Nóbrega, sozinho no palco, muda de roupa e de máscaras para fazer uma das mais ricas demonstrações da cultura popular brasileira e mundial.
Terminou em 12 de novembro de 2006 a temporada paulistana do espetáculo 9 de Fevereiro, e, em seguida, iniciou a temporada carioca. Este espetáculo, cujo nome é uma alusão ao carnaval pernambucano e um trocadilho com frevo, explora várias formas de se tocar frevo: com uma orquestra de sopro, com um regional, com violino e percussão etc. Também há várias das formas de se dançar frevo: com apenas um dançarino (Nóbrega) em passos estilizados de dança moderna, com vários dançarinos em passos de frevo, com e sem sombrinha e até o público todo, em ciranda de frevo. Como não poderia faltar em um espetáculo enciclopédico sobre o frevo, há pelo menos dois momentos didáticos: em um a orquestra explica várias modalidades e costumes do frevo, e Antonio Nóbrega ensina uma pessoa da plateia a dançar frevo (fazer o passo).
Em 30 de junho de 2008, Antonio Nóbrega recebeu das mãos do político Chico Macena, em cerimónia realizada na Câmara Municipal de São Paulo, o Título de Cidadão Paulistano, em reconhecimento por toda sua obra. Instituição da cultura pernambucana, Antonio Nóbrega e também o homenageado do Carnaval do Recife 2014 (junto com o frevo, recentemente reconhecido património imaterial da humanidade, frevo do qual ele é uma figura chave).
Nóbrega é praticamente desconhecido na televisão do Brasil. Apesar disso, os seus espetáculos são extremamente concorridos.
