Антон Шагин родился в городе Карачев Брянской области 2 апреля 1984 года. После 9-го класса Антон пошел учиться на слесаря в ПТУ, где участвовал в самодеятельности. Окончив ПТУ, поехал в Москву, где поступил в школу-студию МХАТ. Обучался на курсе И. Золотовицкого и С. Земцова, обучение окончил в 2006 году.

В 2006 году Антон Шагин становится актером Российского академического молодёжного театра, на сцене которого за три года работы сыграл в постановках Юрия Ерёмина «Красное и чёрное» и Алексея Бородина «Берег утопии» по Тому Стоппарду.

В 2006 году Антон Шагин стал Лауреатом театральной премии «Золотой лист» за лучшую мужскую роль в спектакле «С любимыми не расставайтесь» Школы-студии МХАТ. С 2009-го играет на сцене Ленкома, был задействован в постановках «Вишнёвый сад» и «Пер Гюнт». Среди других театральных проектов с его участием – спектакли «Валентинов день» в ТЦ на Страстном, «Июль» театра «Практика» и «Любовь по системе Станиславского» в ТЦ Инновация.

В кино Антон Шагин дебютировал в 2007 году в фильме Валерия Тодоровского«Тиски». Популярность ему принесла картина 2008 года Валерия Тодоровского «Стиляги», о жизни одноимённой молодёжной субкультуры в 1950-е годы. Шагин исполнил главную роль Мэлса, комсомольца, приобщившегося к яркой жизни стиляг, их музыке и ритму жизни. Фильм успешно прошел в прокате и заработал несколько киногнаград. Сам же Шагин получил награду «MTV Russia Movie Awards 2009» за лучший поцелуй с Оксаной Акиньшиной.

Вслед за «Стилягами» Антон Шагин снимается в новогодней комедии Дмитрия Орлова – «Московский фейерверк». В 2010 году он появился сразу в двух фильмах – исполнил главную роль в фильме «На ощупь» Юрия Грымова и в триллере «Прячься!».

На следующий год актер был задействован сразу в четырех картинах: комедийно-фантастической ленте «Поцелуй сквозь стену», драме «В субботу», фильме «Бездельники» и мелодраме «Без мужчин».

Антон Шагин женат на Веронике, его однокурснице, которая занимается сценической речью.