Lorenzo Antonetti a été ordonné prêtre le pour le diocèse de Novara. Après avoir effectué son ministère à la paroisse de Gignese (Stresa), il poursuivit ses études à Rome où il a obtenu une licence en théologie à l'Université pontificale Saint-Thomas-d'Aquin (Angelicum) et un doctorat en droit canon à l'Université pontificale grégorienne.
Il a ensuite suivi des cours de formation diplomatique à l'Académie pontificale ecclésiastique, l’école des nonces, en 1949-1950.
De 1951 à 1955, il travaille à la nonciature au Liban. De 1956 à 1959, il poursuit son service à la nonciature au Venezuela, de 1959 à 1963, il est rappelé pour servir, à Rome, à la Première Chambre des affaires extraordinaires – aujourd’hui la Section pour les Relations avec les Etats.
De 1963 à 1967, il est conseiller à la nonciature à paris, à l’époque du cardinal Paolo Bertoli, puis, en 1968, il est transféré à la délégation apostolique à Washington.
Il a été également président du Fonds de santé (FAS), membre de la Commission de Discipline de la Curie romaine, de l'administration pontificale de la basilique de Saint-Paul et responsable de la diffusion du nouveau Code de Droit canon de 1983.
Le , il est nommé nonce apostolique en France avant de repartir à la Curie romaine le comme pro-président, puis président à partir du de l'Administration du patrimoine du siège apostolique. Il se retire pour raison d'âge quelques mois plus tard, le .
Il meurt à Novare au Piémont, le au matin. Le pape François rend hommage à son service de la diplomatie du Saint-Siège, à l'APSA et à Assise. Il salue sa « foi », son « zèle sacerdotal » et sa « fidélité à l'Évangile ».
Ses funérailles sont célébrées en l'église de Romagnano Sesia, sa ville natale, le vendredi .
