Герой Социалистического Труда (1966). Антонов - один из основателей советского планеризма. В юношеские и студенческие годы разработал учебные планеры ОКА-1, ОКА-2, ОКА-3, "Стандарт-1,2", планер-паритель "Город Ленина". После окончания Ленинградского политехнического института (1930) начальник планерного КБ Осоавиахима в Москве, в 1933-1938 годах главный конструктор планерного завода в Тушине. Создал около 30 типов планеров. В 1938-1940 годах работал ведущим инженером в ОКБ Яковлева. В 1940-1941 годах работал на заводе "Красный летчик" над легким связным самолетом. В 1943-1946 году Антонов - 1-й заместитель главного конструктора ОКБ Яковлева.

С 1946 года главный конструктор организованного ОКБ, в 1967-1984 г.г. генеральный конструктор. В послевоенные годы под руководством Антонова созданы транспортные самолеты Ан-8, Ан-12, Ан-22, Ан-26, Ан-32, Ан-72, Ан-124 для решения задач военно-транспортной авиации, ВДВ и обеспечения грузовых перевозок Аэрофлота; многоцелевые Ан-2, Ан-14, Ан-28, отличающиеся способностью базироваться на неподготовленных площадках длиной до 500 м. 

Под руководством Антонова разработана система автоматизированного проектирования транспортных самолетов, внедрены клеесварные соединения и композиционные материалы. С 1977 года Антонов заведующий кафедрой Харьковского авиационного института. В честь Антонова учрежден диплом ФАИ. Имя Антонова присвоено Киевскому механическому заводу и ОКБ, которое он возглавлял.