Ingressou em Manguinhos em seus primórdios como pesquisador assistente. Defendeu, em 1903, a tese de doutorado, sob a orientação do mestre Oswaldo Cruz, intitulada "Vacinação e soroterapia antipestosas".

Em 1904, Cruz o indica para ser inspetor-sanitário dos Serviços de Profilaxia da Febre Amarela e Peste. Em 1906, foi para o Maranhão a fim de debelar a febre amarela em São Luís e organizar os serviços de saúde pública da região. Entre 1907/1908 seguiu para a Alemanha para realizar curso de aperfeiçoamento.

Sua meta científica era provar a filtrabilidade do bacilo da tuberculose (Mycobacterium tuberculosis) e a possível existências de formas filtráveis desse microorganismo. Esses estudos foram realizados primeiro em Manguinhos e depois retomados no Instituto Pasteur de Paris, no laboratório de Calmette.

Em 1934, foi nomeado Diretor do Instituto Oswaldo Cruz, em substituição a Carlos Chagas que acabava de falecer. Dois anos mais tarde, colaborou na criação da Faculdade de Ciências Médicas do Rio de Janeiro, da qual foi professor de Microbiologia e seu primeiro Diretor.

Cardoso Fontes notabilizou-se pelos estudos sobre a tuberculose e a forma granular do bacilo, como expressão do seu "dinamismo morbígeno".

Antônio Cardoso Fontes faleceu na madrugada de 27 de março de 1943.