Авиаконструктор, академик АН СССР (1981), Герой Социалистического Труда (1966).
Родился 7 февраля 1906 года в селе Троицы, ныне Подольского района Московской области. После окончания авиационного отделения Ленинградского политехнического института (1930) работал конструктором, а с 1931 года — главным конструктором планёрного завода, где им были созданы планёры «Упар» (учебный паритель), «Рот фронт» и другие. С 1938 года трудился в КБ А.С. Яковлева, где сконструировал санитарный самолёт короткого взлёта, который успешно прошёл гос. испытания, но запуску его в серийное производство помешала начавшаяся война.
В начале Великой Отечественной войны Антонов разработал ряд десантных планёров, в том числе А-7, который широко использовался для доставки грузов партизанам. В ходе войны руководимый Антоновым коллектив проектировал и строил спец. планёры для действующей армии — грузовые, транспортные и десантные (в послевоенный период продолжал конструировать новые планёры типа А-9, А-9бис, А-10, А-11 и др.). С 1943 года Антонов — заместитель главного конструктора, а с 1946 года возглавил опытное самолётостроительное КБ, переехавшее из Новосибирска в Киев, которое начало заниматься созданием гражданских самолётов.
Первый самолёт конструкции Антонова — одномоторный биплан Ан-2— создан в 1947 году, выпускался серийно (построено более 10 тысяч машин) и обслуживал огромное количество пассажиров на местных авиалиниях. В 1955 году совершил первый полёт созданный в КБ военно-транспортный самолёт Ан-8 принципиально новой схемы, с большим фюзеляжем и двумя турбовинтовыми двигателями. С постройкой Ан-8 была решена сложная задача — воздушное десантирование крупногабаритной техники, в том числе военной. Затем под руководством Антонова были разработаны самолёты с турбовинтовыми двигателями для воздушных линий малой и средней протяжённости: пассажирские Ан-10 и Ан-24, транспортно-десантные Ан-12, Ан-14 и другие их модификации, которые успешно эксплуатировались в военной и гражданской авиации с полевых аэродромов. В связи с дальними перевозками многих видов боевой техники, войск, а также крупногабаритных грузов в народном хозяйстве возникла необходимость создания особо тяжёлого транспортно-десантного самолёта. В 1964 году в ОКБ Антонова был создан не знавший себе равных в мировой практике широкофюзеляжный Ан-22 («Антей»), первый полёт которого состоялся в феврале 1965 года. 26 октября 1967 года на нём установлено сразу 15 мировых рекордов грузоподъёмности — от 35 до 100 тонн.
В 80-х гг. под руководством Антонова на базе Ан-14 созданы и прошли испытания пассажирский самолёт Ан-28 для перевозки пассажиров и грузов на коротких местных воздушных линиях на расстояние 600—800 км, транспортный самолёт укороченного взлёта и посадки Ан-72 и другие. Научно-конструкторскую деятельность Антонов сочетал с подготовкой инженерных кадров в Харьковском авиационном институте и Киевском институте инженеров гражданской авиации. Жил в Киеве. Скончался 4 апреля 1984 года.
В 1985 году на Международном авиакосмическом салоне в Ле Бурже (под Парижем) был представлен самолёт Ан-124 («Руслан») с 4 турбореактивными двигателями, способный поднимать до 150 тонн груза. Его разработка началась под руководством Антонова, а завершилась под руководством П.В. Балабуева, возглавившего ОКБ с 1984 года.
Депутат Верховного Совета СССР 5—10-го созывов. Ленинская премия (1962), Государственная премия СССР (1952). Награждён тремя орденами Ленина, орденами Октябрьской Революции, Отечественной войны 1-й степени, Трудового Красного Знамени, медалями.