Antonio Palenzuela Velázquez (Valladolid, 17 de enero de 1919 - Segovia, 8 de enero de 2003) fue un obispo católico español. Ocupó el cargo de obispo de Segovia desde 1969 hasta 1995. Interpretó y aplicó las enseñanzas del Concilio Vaticano II en la diócesis segoviana.
Nació en Valladolid en 1919. Cursó sus estudios eclesiásticos de latín, humanidades, filosofía, teología y derecho canónico en el Seminario Conciliar de Madrid. Fue ordenado sacerdote en 1945.
Entonces fue enviado a Roma para proseguir sus estudios en la Pontificia Universidad Gregoriana, donde obtuvo la licenciatura en Filosofía. Unos años después obtuvo la licenciatura en Sagrada Teología también en Roma.
En 1954 fue nombrado canónigo de la Catedral de Bilbao y profesor en el seminario conciliar (1954-1956). En 1956 regresó a la diócesis de Madrid-Alcalá para ejercer como profesor de teología en el Seminario Conciliar de Madrid.
En 1966 fue enviado de nuevo a Roma para proseguir sus estudios de teología. En Roma ejerció como vicerrector de la Iglesia Nacional Española de Santiago y Montserrat.
En 1970 fue nombrado obispo de Segovia por el papa Pablo VI.
Entre 1984 y 1993 fue presidente de la Comisión episcopal para la Doctrina de la Fe.
Defensor de los Derechos Humanos, su defensa de los sacerdotes encerrados en la Cárcel concordataria de Zamora y la denuncia de la torturas recibidas por estos eclesiásticos opuestos a la Dictadura de Francisco Franco le valieron multitud de amenazas por los partidarios del Régimen y un inicio de procesamiento penal en 1973.
Entre los posibles contactos con los grupos ilegales durante el franquismo, el enfrentamiento con el Régimen ─abandonando el Palacio Episcopal y arrendando un piso para vivir frente del Seminario Conciliar─ y la aplicación de los cambios que el Concilio Vaticano II enseñaba, la secularización de parte del clero segoviano y la extinción de vocaciones en el seminario diocesano, hacen de que su gobierno no pasará a la Historia como uno de los fértiles y fructíferos en la expansión del Evangelio para los sectores más tradicionalistas de la Diócesis.
En 1995 presentó su renuncia al cargo de obispo de Segovia alegando razones de edad. Dicha renuncia fue aceptada por el papa Juan Pablo II.
Falleció en Segovia en 2003. Sus restos reposan en la Catedral de Segovia, en el centro de la capilla de San Antón.