Родился 26 мая (8 июня) 1912 года в городе Гродно (Белоруссия) в семье учителей, Константина Григорьевича и Ольги Алексеевны Антоновых. Отец после 1917 года был заведующим детского дома в Луге, заведующим РОНО.
По окончании средней школы из-за непролетарского происхождения не мог сразу поступить в ВУЗ и пошёл работать на завод. В 1935 году окончил Ленинградский политехнический институт по специальности «инженер-электромеханик». По окончании института три года занимался в аспирантуре.
Член ВКП(б)/КПСС с 1940 года. Член ЦК КПСС в 1971—1989 годах, депутат Верховного Совета СССР 6-11-го созывов (в 1962—1989 годах).
По инициативе и под руководством Антонова в СССР были построены десятки новых электро-машиностроительных и электротехнических заводов, созданы новые научно-исследовательские институты, научно-производственные объединения, конструкторские бюро. Он воспитал плеяду молодых руководителей электротехнической промышленности.
С октября 1988 года — на пенсии. Жил в Москве.
Похоронен в Москве на Троекуровском кладбище
Дочери: Ольга — до выхода на пенсию преподавала в Московском авиационно-технологическом университете (МАТИ), Наталья — музыкант, живёт в США.