Antoine Buyse is directeur van het Netherlands Institute for Advanced Study (NIAS) van de KNAW in Amsterdam. Daarnaast is hij bij de Universiteit Utrecht in deeltijd hoogleraar rechten van de mens in multidisciplinair perspectief aan het Studie- en Informatiecentrum Mensenrechten (SIM) waarvan hij van 2014 tot 2026 directeur was. Hij is oprichter en redacteur van een blog over het Europees Verdrag voor de Rechten van de Mens (EVRM): de ECHR Blog. Hij is als onderzoeker verbonden aan het Montaigne Centrum voor Rechtsstaat en Rechtspleging en aan het universitaire strategische thema 'Instituties voor Open Samenlevingen'. Hij doet onderzoek naar Europese mensenrechten (EVRM), de rechtsstaat van onderaf en de positie van maatschappelijke organisaties en mensenrechten (civil society) en mensenrechtenverdedigers. En hij geeft onderwijs op het gebied van mensenrechten, onder andere in de master internationaal publiekrecht, en is docent in de Massive Open Online Course (MOOC) over het EVRM: human rights for open societies. 

Naast zijn academische werk is hij lid van de Commissie Mensenrechten van de Adviesraad Internationale Vraagstukken (AIV) en bestuurslid van de stichting Praemium Erasmianum.