Alors que Sánchez est encore au conservatoire, en 1997, son professeur Danilo Pérez le recommande auprès de Paquito d'Rivera qui le choisira comme batteur pour le Dizzy Gillespie's United Nations Orchestra, et avec qui il partira en tournée. Plus tard, en 1997, Pérez l'invite à jouer dans son trio acoustique avec qui il débutera une longue tournée, et enregistrera l'album Motherland nommé au Grammy Awards[1]. Pat Metheny l'ayant vu jouer durant cette tournée lui proposera de rejoindre son groupe en tant que batteur, après une série d'auditions[2].
Le groupe enregistrera deux albums avec lui. Le premier, Speaking of Now, remporte le Grammy du meilleur album de jazz contemporain en 2003. Un DVD du même nom retrace la tournée de promotion du disque. Le deuxième album, The Way Up, sort en . Sànchez jouera plus tard dans nombre de quatuors et trios sous la direction de Metheny. Le Day Trip du Pat Metheny Trio (Metheny à la guitare, Sánchez à la batterie, et Christian McBride à la basse) sort en et sera largement acclamé par les critiques de jazz[3]. En 2012, il participe à l'album Unity Band du même groupe.
En 2006, Antonio Sánchez rejoint le corps professoral de l'université de New York[4]. L'année suivante, il enregistre son premier album solo, Migration, sur le label CAM Jazz. Pat Metheny, Chick Corea, Chris Potter, David Sánchez, et Scott Colley sont présents sur le disque. Le site Allaboutjazz.com dira qu'il s'agit d'une des meilleures sorties de début 2007[5]. À propos du disque, Sánchez dira : « Je ne voulais pas que les gens se disent que c'est un album de batteur... Je voulais qu'on sente que ce disque aurait pu être écrit par n'importe quel instrumentiste. Musicalement, j'ai réfléchi à ne pas faire trop de solos, à ne pas en faire des tonnes. Je voulais que la musique soit très mélodique, accessible, et pleine d'interactions. »[6].
En 2010, il sort son deuxième album solo, Live in New York at Jazz Standard, un double album live enregistré au Jazz Standard de New York après la tournée américaine du groupe, composé alors de Miguel Zenón au saxophone alto, David Sánchez au ténor, et Scott Colley à la basse acoustique. Disque qui sera bien accueilli par la critique.
L'année 2013 marque la sortie de son troisième album solo New Life, enregistré en . Il renferme huit compositions originales et est interprété par Thana Alexa au chant, David Binney au saxophone alto, Donny McCaslin au saxophone ténor, John Escreet au piano et Matt Brewer à la basse. Tous ses albums solo sont sortis sur le label Cam Jazz.
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