Dzimis Grodņā, karavīra ģimenē. Sākoties Pirmajam pasaules karam iesaukts armijā. Piedalījās kaujās Rietumukrainā, kur ievainots. Krievijas pilsoņu kara laikā piedalījās kaujās pret Deņikinu un Vrangeli. 1931. gadā beidza Frunzes akadēmiju. No 1938. līdz 1941. gada martam - pasniedzējs Frunzes akadēmijā.
Sākoties Vācijas iebrukumam PSRS Otrajā pasaules kara laikā, Antonovs tika iecelts par dažādu frontu štāba priekšnieku. 1942. gada beigās tika pārcelts darbā Ģenerālštābā. No 1943 gada pavasara Ģenerālštābā piedalījās visu būtisko padomju kara operāciju plānošanā. Šeit viens Antonova galvenajiem pienākumiem bija katru dienu ziņot personiski Staļinam par stāvokli frontē. Piedalījās gan Jaltas, gan Potsdamas konferences darbā.
Pēc kara - Aizkaukāza kara apgabala priekšnieks. No 1955. līdz nāvei 1962. gadā - Varšavas pakta štāba priekšnieks.
Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Aleksejs Antonovs.
.svg){kind=small}