Родился 22 декабря 1940 года в городе Великие Луки ныне Псковской области в семье служащего. Русский.
1958-63 – учёба в ВВМУРЭ им. Попова А.С..
1963-64 – командир гидроакустической группы;
1964-68 – начальник РТС/БЧ-4 ПЛ К-47;
1968-72 – ПК строящейся ПЛ К-316;
1972-73 – учёба на Высших специальных офицерских классах ВМФ;
1973-76 – СПК ПЛ К-316;
1976-78 – командир 46-го экипажа крейсерской ПЛ;
1978-92 – служба в 5-м отделе 10-го отряда гидронавтов;
21.08.79 – присвоено воинское звание капитан 1-го ранга;
21 декабря 1982 года Указом Президиума Верховного Совета СССР за выполнение боевой задачи на глубоководном комплексе "Селигер" командиру экипажа наблюдательной камеры старшему гидронавту капитану 1-го ранга Антонову Анатолию Ивановичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 11487).
С июня 1992 года капитан 1-го ранга Антонов А.И. - в запасе.
Награждён орденом Ленина (1982 год), орденом Красной Звезды (1981 год), медалями.