آنتونوف در ۱۷ سالگی «باشگاه هوانوردی آماتور» را تاسیس کرد و سپس گلایدری طراحی کرد که توانست در مسکو طی یک رقابت جایزه اول را به دست آورد. در ۱۹۳۰ او از انستیتو پلی‌تکنیک کالینین در لنینگراد فارغ التحصیل شد و یک سال بعد در کارخانه گلایدرسازی مسکو، طراح ارشد شد. طی هشت سال بعد او ۳۰ گلایدر متفاوت طراحی کرد که از آن میان باید از گلایدر بزرگ «شهر لنین» یاد کرد.
در ۱۹۳۸ و در پی پناهندگی یک مربی با استفاده از گلایدر به غرب، دولت شوروی سیاست‌‌های خود را در ارتباط با آموزش گلایدر تغییر داد، این ورزش را ممنوع اعلام کرد و به این ترتیب فعالیت کارخانه گلایدرسازی مسکو متوقف شد. پس از آن، آنتونوف به‌عنوان طراح ارشد به عضویت «هیأت طراحی هواپیمای یاکوولف» درآمد و در ۱۹۴۰ یک هیأت جدید طراحی هواپیما تحت مدیریت وی در لنینگراد تاسیس شد.
طی جنگ حهانی دوم، آنتونوف گلایدر نظامی ای-۷ را برای پشتیبانی از چریک‌های وابسته به شوروی در آن سوی جبهه و گلایدر دوباله‌ای را برای ترابری هوایی طراحی کرد. در ۱۹۴۳ به هیأت طراحی یاکوولف بازگشت و بیشتر وقت و انرژی خود را صرف ارتقای هواپیماهای جنگی سری یاک طی جنگ جهانی دوم کرد.
پس از جنگ آنتونوف تقاضا کرد تا «یاکوولف» به او اجازه فعالیت مستقل را بدهد و به این ترتیب کارخانه هواپیماسازی یاکوولف در نووسیبریسک به وی واگذار شد؛ کارخانه‌ای که بعدتر به کی‌یف منتقل شد. در مه۱۹۴۶ او به ریاست «هیأت تحقیق و طراحی آنتونوف» منصوب شد و در سپتامبر همان سال با حفظ سمت، مدیریت «انستیتو هوانوردی سیبری» نیز در اختیار وی گذاشته شد.
از نخستین هواپیماهای ساخت این شرکت باید از هواپیمای کشاورزی اس کی اچ-۱ نام برد. هواپیمای‌ای ان-۱۲ و انواع مختلف آن نیز بدل به هواپیمای اصلی شوروی در زمینه ترابری نظامی شدند. برخی از هواپیماهای طراحی شده توسط آنتونوف همچنان تولید می‌شوند. آنتونوف در ۴ آوریل ۱۹۸۴ در کی‌یف درگذشت.
