Gimė bajorų šeimoje. 1924 m., besimokydamas Saratovo pramonės technikume, pagamino pirmą savo sklandytuvą. 1925–1930 m. mokėsi Leningrado politechnikos instituto Mašinų gamybos fakultete. Baigęs įsidarbino inžinieriumi.
1931 m. įsidarbino Maskvos sklandytuvų gamyklos vyriausiuoju konstruktoriumi. Suprojektavo sklandytuvus Upar, Rot front, Standart.
Nuo 1938 m. dirbo A. Jakovlevo KB. 1940 m. vadovavo vokiško žvalgybinio lėktuvo Fieseler 156 sovietinės kopijos OKA-38 kūrimui. Perkeltas į neseniai okupuotą Kauną, kur buvusių Lietuvos Karo aviacijosdirbtuvių pagrindu įkurtose DVRA 55-osios aviacijos remonto dirbtuvėse, vėliau tapusiose SSRS Aviacijos pramonės liaudies komisariato gamykla Nr. 365, turėjo prasidėti šio orlaivio serijinė gamyba.[2]
Prasidėjus Didžiajam Tėvynės karui sukūrė desantinių sklandytuvų. 1942 m. išbandytas jo sukurtas sklandytuvas lengvajam tankui T-60 gabenti.
Nuo 1946 m. vadovavo Jakovlevo OKB filialui. Vėliau – savo OKB-153, 1984 m. pervadintas į OKBAntonov.
1952 m. su savo OKB persikėlė į Kyjivą. 1953 m. Antonovo KB gavo užsakymą sukurti transportinį lėktuvą su dviem turbosraigtiniais varikliais, o 1958 m. lėktuvas An-8 buvo paleistas į serijinę gamybą Taškento aviacijos gamykoje.
1960 m. Maskvos aviacijos institute apsigynė technikos mokslų daktaro disertaciją. Tais pačiais metais išrinktas Ukrainos mokslų akademijos nariu korespondentu.
1962 m. tapo savo OKB generaliniu konstruktoriumi.
Ukrainos (1968 m.) ir Sovietų (1981 m.) mokslų akademijų akademikas.
Paskutinis jo sukurtas lėktuvas buvo An-124 Ruslan. Vienas galingiausių transportinių lėktuvų, juo užfiksuota 30 pasaulio rekordų.
Iki 2005 m. pabaigos Antonovo OKB kurtais lėktuvais pasiekti 483 pasaulio rekordai, kurių 378 tuo metu dar buvo nesumušti.[3]