Родился в городе Орле в благородной семье. Отец — генерал-майор Ксаверий Викентьевич Булатович, из потомственных дворян Гродненской губернии, умер около 1873 года. Мать — Евгения Андреевна Альбрандт, осталась после смерти мужа с тремя детьми: Александром и двумя его сёстрами. Имел белорусские, татарские и французские корни.
Его детство прошло в богатом поместье Луциковка Марковской волости Лебединского уезда Харьковской губернии. В 1884 году он вместе с матерью переехал в Санкт-Петербург.
Учился в Александровском Лицее (1884—1891), который окончил среди лучших выпускников. После окончания лицея 1 мая 1891 года поступил на гражданскую службу в чине титулярного советника в собственную его величества канцелярию по ведомству учреждений императрицы Марии, руководившую учебными и благотворительными учреждениями. Вскоре подал прошение о выдаче ему на руки документов, и поступил на военную службу: 28 мая 1891 года он был зачислен рядовым на правах вольноопределяющегося в лейб-гвардии Гусарский полк. 16 августа 1892 года получил первый офицерский чин — корнета.
В 1896 году добился своего включения в члены российской миссии Красного Креста в Эфиопии, где стал доверенным лицом негуса Менелика II.
Совершил в апреле 1896 года в качестве курьера легендарный пробег на верблюдах из Джибути в Харэр, преодолев расстояние свыше 350 вёрст по гористой пустыне за 3 суток и 18 часов, что на 6—18 часов быстрее, чем профессиональные курьеры. Как это описано в книге Булатовича, в конце этого пути его тепло встретил и оказал помощь Николай Леонтьев.
В 1897—1899 стал военным помощником Менелика II в его войне с Италией и южными племенами.
А. Булатович — первый европеец, который пересёк из конца в конец Каффу (сейчас — провинция Эфиопии). Впоследствии составил первое научное описание Каффы. Также стал вторым европейцем, который обнаружил устье реки Омо.
В России его миссия была высоко оценена: он получил серебряную медаль от Русского географического общества за работы по Эфиопии (1899). Ему также был присвоено звание поручика лейб-гвардии Гусарского полка.
Николай Гумилёв с детства восхищался эфиопскими экспедициями Булатовича и был первым, кто смог повторить эфиопский маршрут.
23 июня 1900 года по личному указанию Николая II Главному штабу направлен в Порт-Артур в распоряжение командующего войсками Квантунской области. Затем он направлен в отряд генерала Н. А. Орлова, действовавший вдоль Китайской-Восточной железной дороги. Участвовал в подавлении Ихэтуаньского восстания. 18 июля 1900 года отряд Булатовича вошёл в Хайлар, захваченный до этого повстанцами, и двое суток удерживал его до подхода основных сил. После взятия Хайлара отряд Орлова двинулся к Хинганскому перевалу. В ночь на 8 августа лично руководил разведкой вражеских позиций, а затем смелым обходным манёвром вышел противнику в тыл. После жестокой схватки китайцы отступили. 135 забайкальских казаков получили за этот бой Георгиевские кресты, а он сам — орден Владимира 4-й степени. Предводитель китайских войск Шоу Шань вскоре после поражения покончил с собой.
8 июня 1901 года возвратился в полк. Там через месяц был назначен командовать 5-м эскадроном. 14 апреля 1902 года произведён в ротмистры. Закончил ускоренный курс 1-го Военного Павловского училища.
18 декабря 1902 г. был освобождён от командования эскадроном. С 27 января 1903 г. уволился в запас по «семейным обстоятельствам».
В 1903 после разговора с Иоанном Кронштадтским он ушёл из армии и стал монахом (позже иеросхимонахом) русского Свято-Пантелеимонова монастыря на горе Афон в Греции. Он снова посетил Эфиопию и попытался основать там русский православный монастырь.
Был пострижен в монашество с именем Антоний и стал известен как иеромонах Антоний Булатович.
Когда на Афоне начались имяславческие споры, не принимал участия в них и даже ничего о них не знал, так как вёл очень замкнутый образ жизни. Когда в 1912 г. игумен Андреевского скита Иероним попросил его, как образованного человека, составить мнение о вызвавшей споры книге «На горах Кавказа», написанной схимонахом Иларионом, иеросхимонах Антоний поначалу решил, что положение «Имя Божие есть Бог» ошибочно и даже написал письмо самому автору книги с обличением в неправомыслии. Но почти сразу после этого он нашёл имяславческое положение в книге св. Иоанна Кронштадтского, которую тот дал в «руководство» Булатовичу, когда он был ещё послушником и находился в России. После этого иеросхимонах Антоний сжег своё письмо схимонаху Илариону, сказал игумену Иерониму, что в его книге нет никакой ереси и вскоре стал одним из лидеров имяславия.
В марте 1913 г. по поручению братии Андреевского скита выехал с Афона в Санкт-Петербург для разъяснения имяславческого учения и позиции имяславцев.
Продолжал свою борьбу за признание имяславия, издал несколько богословских книг, доказывающих его правоту, встречался с императором Николаем II, и в конечном счёте сумел обеспечить своего рода оправдание для себя и своих товарищей по имяславию — имяславцам позволили возвратиться к служению в Церкви без покаяния.
В 1914 году направил государю императору Николаю II письмо в защиту имяславия.
Мы не хотим раскола и скорбим о том бедствии, которое ныне постигло нашу Церковь, желали бы, чтобы в Церкви снова наступил мир и всякие догматические споры прекратились, но отступать от исповедания Божества Имени Божия мы не считаем для себя вправе и покориться Святейшему Синоду считаем за вероотступничество.
Государь в ответ направил письмо на имя митрополита Московского Макария, в котором благоприятно отозвался о имяславцах
Когда он приехал с Афона в Россию искать «правды Божией» у Русской православной церкви, то его прежде всего подвергли обыску, потом Св. Синод предложил Министерству внутренних дел выслать его из Петербурга как человека беспокойного. «Полицейскими преследованиями ответили на его духовную жажду».
Много раз просился обратно в армию, но ему отказывали. Лишь 28 августа 1914 года он получил разрешение поехать в действующую армию как армейский священник. Во время Первой мировой войны не только служил священником, но и во «многих случаях вёл солдат в атаку», был награждён наперсным (священническим) крестом на Георгиевской ленте. В 1916 году оказался в австрийском плену, но сумел бежать, после чего вышел в отставку.
Был убит бандитами в ночь с 5 на 6 декабря 1919 года, защищая от ограбления неизвестную женщину. Похоронен в селе Луциковка Белопольского района Сумской области, Украина. 6 сентября 2003 года были обретены его нетленные мощи.
23 августа 2009 года на могиле установлен и освящён гранитный крест. В 2012 году около могилы его установлена новая ограда и отремонтирована часовня.
Награды: Орден Святой Анны 2-й степени с мечами;
Орден Святого Владимира 4-й степени с мечами и бантом;
Орден Почётного легиона (за спасение из плена французского миссионера сеньора Лавесьера во время подавления «восстания боксёров» в 1900 году).
Высшая военная награда Эфиопии при негусе Менелике II — золотой щит и сабля, подаренные расом Вальде Георгисом.
Георгиевский крест
В художественной литературе: О приключениях А. К. Булатовича рассказывается в исторической миниатюре Валентина Пикуля «Гусар на верблюде»
Илья Ильф и Евгений Петров воспользовались биографией А. К. Булатовича для создания вымышленной истории о гусаре-схимнике Буланове, которую рассказывает герой романа «Двенадцать стульев» Остап Бендер.
Иван Соколов-Микитов упоминает о доставленном в Одессу с Афона А. К. Булатовиче в рассказе «На мраморном берегу».
Ричард Зельтцер, «Имя героя». Роман, пер. с англ. Н. А. Немзер.
А. К. Булатович является одним из героев романов цикла «Этногенез», в частности, романа Алексея Лукьянова «Ликвидация» (Бандиты. Книга 2).