Od roku 1991 slúžil v námorníctve ako pilot stíhacích lietadiel F/A-18C Hornet na lietadlovej lodi Nimitz.[1] Roku 1996 sa zúčastnil leteckého hliadkovania nad južným Irakom. Roku 1997 študoval v Škole testovacích letcov USAF (angl.USAF Test Pilot School). Potom bol preložený do Námorného zbraňového strediska (angl.Naval Weapon Center) v China Lake v Kalifornii.[1] Na štyridsaťjeden typoch lietadiel nalietal viac ako 3200 hodín.[2]
Astronaut
Zúčastnil sa 18. náboru astronautov NASA, uspel a 26. júla 2000 bol začlenený do oddielu astronautov NASA. V ročnom kurze všeobecnej vesmírnej prípravy získal kvalifikáciu pilota raketoplánu Space Shuttle.[1]
Po dokončení prípravy zastával rôzne funkcie v NASA. Študoval tiež na University of Washington v Seattli, tu roku 2002 získal titul magistra (MS) letectva a kozmonautiky.[1]
Antonelli na svojom mieste pilota Discovery, pred štartom 15. marca 2009
Až v októbri 2007 bol zaradený vo funkcii pilota do posádky letu STS-119 plánovaného na november 2008. Do vesmíru odštartoval po niekoľkých odkladoch na palube raketoplánu Discovery 15. marca 2009. Cieľom misie bola doprava a montáž posledného solárneho panelu Medzinárodnej vesmírnej stanice (ISS) a výmena člena posádky ISS. Po splnení programu letu astronauti pristáli 28. marca 2009 na Floride, let trval 12 dní, 19 hodín a 30 minút.[3]
V máji 2009 NASA zverejnila zloženie posádky letu STS-132 vtedy naplánovaného na apríl 2010. Antonelli bol opäť pilotom raketoplánu, tentoraz stroja Atlantis. Cieľom tohto letu k ISS bola doprava a inštácia ruského modulu MIM-1/MRM-1. Po splnení programu letu astronauti pristáli 26. mája 2010 na Floride, let trval 11 dní, 18 hodín a 28 minút.[4]
