Alexey Innokentyevich Antonov sinh năm 1896 tại thành phố Grodno của Belarus, trong một gia đình dân tộc Kryashen, là con trai của một sĩ quan pháo binh của Quân đội Đế quốc Nga. Theo Yuri Lubchenkov, tác giả cuốn “Một trăm vị Tướng vĩ đại của Thế chiến II”, khi chọn nghề binh theo cha (Đại tá, Lữ đoàn trưởng) và ông mình (cũng là sĩ quan trong quân đội Nga Hoàng), Antonov đã cố gắng tránh bị trả thù và rơi vào các rắc rối nói chung.
Vị Đại tướng tương lai của Hồng quân nhận phần thưởng đầu tiên của mình khi vẫn còn là một thanh niên 21 tuổi - ông đặc biệt xuất sắc trên các mặt trận của Thế chiến I; vì thành tích và sự dũng cảm thể hiện trong các trận chiến, Alexey Antonov đã được trao tặng Huân chương Thánh Anna, hạng 4.
Sau đó, Antonov phục vụ tại một số đơn vị, tốt nghiệp Học viện Quân sự Frunze và Học viện Bộ Tổng tham mưu, trở thành giảng viên tại Học viện Quân sự Frunze vào năm 1938. Antonov tham gia Chiến tranh Vệ quốc Vĩ đại với quân hàm Thiếu tướng, sau đó, giữ chức Phó Tham mưu trưởng Biệt khu Kiev, chứng tỏ mình và một sĩ quan tham mưu ưu tú. Tháng 8/1941, ông được bổ nhiệm làm Tham mưu trưởng Mặt trận phía Nam.
Tháng 7/1942, Antonov nhận chức Tham mưu trưởng Mặt trận Transcaucasian, nơi ông đã tạo ra các sư đoàn “quốc gia”. Nhưng chẳng bao lâu, vị tướng tham mưu tài ba đã được Tổng Tham mưu trưởng Vasilevsky để ý và tháng 12/1942, trở thành Phó Tổng Tham mưu trưởng của các lực lượng vũ trang Liên Xô, kiêm phụ trách Cục Tác chiến, sau khi Cục này 7 lần thay Cục trưởng.
Lúc đầu chưa giành được sự tin cậy của Stalin nên Antonov đã trở lại mặt trận chỉ huy Quân đoàn bộ binh độc lập số 18, trực tiếp tham gia các Chiến dịch Ostrogozhsk-Rossosh và Voronezh-Kastornoye ở mặt trận phía nam. Tuy không có ưu thế cơ động nhanh, hỏa lực mạnh như các đơn vị thiết giáp, nhưng quân đoàn này đã hoạt động hết sức tích cực, khéo léo bao vây, chia cắt tiêu diệt các đơn vị địch. Thành tích rất ấn tượng nên Stalin đã giao cho Antonov làm đại diện Đại bản doanh tại Kursk và không lâu sau đó, điều về Bộ Tổng Tham mưu.
Theo cuốn “Những vị tướng của Chiến tranh Vệ quốc Vĩ đại” của Mikhail Efremov, Ivan Konev và các tác giả khác, với sự tham gia trực tiếp của Antonov, thành phố Rostov trên sông Don đã được giải phóng, đây là một trong những chiến dịch tấn công thành công đầu tiên của Hồng quân. Ngoài ra, Alexey Innokentievich đã tham gia chiến dịch Barvenkovo-Lozov, dẫn đến một bước đột phá lớn cho Hồng quân.
Như Simon Sebag Montefiore viết trong cuốn “Stalin: Tòa án của quân chủ đỏ”, Alexey Antonov đã chỉ huy Cục Tác chiến dưới quyền lãnh đạo của Tổng Tham mưu trưởng Vasilevsky. Ở cương vị này, Antonov đã tham gia vào việc phác thảo và thực hiện các chiến dịch quân sự quan trọng nhất: Trận Kursk, Chiến dịch Bagration, Trận Berlin. Để điều phối các chiến dịch, Antonov thường đích thân ra tiền tuyến.
Là người lãnh đạo Bộ Tổng Tham mưu vì Tổng Tham mưu trưởng Vasilevsky thường xuyên vắng mặt do thực hiện các nhiệm vụ với tư cách đại diện Bộ Chỉ huy Tối cao, Antonov thông minh, điềm tĩnh kết hợp với năng lực làm việc khổng lồ và đặc biệt. Theo Tướng Sergei Shtemenko, Antonov không bao giờ mất bình tĩnh hoặc để hoàn cảnh chi phối; ông là người cứng rắn, chỉn chu, nghiêm khắc và nhận được sự kính trọng của cấp dưới.
Antonov có kỹ năng trình bày tình hình buổi tối một cách ngắn gọn và chính xác đến mức ngay cả Nguyên soái Zhukov cũng phải kính nể và cho phép ông thay mặt mình báo cáo. Năm 1944, Antonov là người phát ngôn chính và có mặt tại các Hội nghị Moscow, Yalta và Potsdam. Đứng đầu phái đoàn quân sự Liên Xô phụ tá cho Stalin tại hội nghị 3 cường quốc Liên Xô, Anh, Mỹ diễn ra tại Yalta, ông đã thông báo tóm tắt cho Đồng minh về các hành động phối hợp quân sự, nhấn mạnh cách họ có thể hỗ trợ Liên Xô, góp phần vào cuộc không kích Dresden nổi tiếng.
Ý kiến của ông không chỉ được cấp dưới, mà còn được chính Stalin lắng nghe, tin tưởng. Trong những năm 1943-1945, Antonov đã đến văn phòng của Stalin tại Điện Kremlin ít nhất 238 lần - nhiều hơn bất kỳ ai trong giới lãnh đạo quân sự Liên Xô, và hơn tất cả các chỉ huy của tất cả các mặt trận trong toàn bộ cuộc chiến. Theo hồi ức của một số nhà lãnh đạo quân sự, như S M Shtemenko, Antonov được Stalin tín nhiệm, ý kiến của ông về vấn đề tác chiến chiến lược hầu như luôn được Tổng Tư lệnh Tối cao quan tâm và lưu ý.
Tháng 2/1945, Nguyên soái Vasilevsky được bổ nhiệm làm Tư lệnh Phương diện quân Belorussia 3, Antonov được chỉ định thay Vasilevsky làm Tổng Tham mưu trưởng, trực tiếp chỉ đạo lập kế hoạch cho các chiến dịch của Hồng quân trên các tuyến cuối cùng của Châu Âu trước khi tiến vào đất Đức. Chiến dịch tấn công Berlin của Hồng quân được Bộ Tổng Tham mưu chuẩn bị rất kỹ lưỡng. Ba phương diện quân tiến đánh Berlin được sự yểm trợ rất mạnh bởi 2 cánh quân khác chặn đánh quân Đức ở Áo, Hungary và Đông Phổ, khiến Bộ chỉ huy phát xít Đức không thể tiến hành phản kích từ 2 bên, Berlin thất thủ sau 16 ngày.
“Vì những hành động khéo léo trong việc phối hợp các mặt trận và hoạch định các kế hoạch tác chiến”, “hoàn thành tốt các nhiệm vụ của Bộ Tư lệnh Tối cao trong việc tiến hành các chiến dịch quân sự quy mô lớn” ở Châu Âu, ngày 4/6/1945, Antonov được tặng thưởng Huân chương Chiến thắng đầy danh giá. Hồng Quân chuẩn bị đánh Nhật Bản ở Châu Á, Antonov lại cùng Bộ Tổng Tham mưu lập kế hoạch cho 3 phương diện quân tác chiến ở Viễn Đông. Bằng lối đánh cơ động thần tốc, sử dụng hiệu quả các lực lượng thiết giáp và không quân, đạo quân Quan Đông (đạo quân chủ lực của Nhật) gồm 1,2 triệu tên đóng ở đông bắc Mãn Châu đã bị đánh tan chỉ trong vòng 3 tuần lễ, Hồng quân còn đổ bộ lên phía nam đảo Sakhalin, Triều Tiên và 4 đảo Kuril của Nhật, góp phần quyết định buộc Nhật Bản đầu hàng vô điều kiện, kết thúc Thế chiến II.
Sau chiến tranh, trách nhiệm chính của Tướng Antonov là tinh giản quân số. Đến mùa hè năm 1945, số lượng nhân sự trong Hồng quân là 11,3 triệu người. Trong khoảng thời gian từ năm 1945 đến đầu năm 1946, tất cả các mặt trận và nhiều quân đoàn, và các đơn vị riêng lẻ bị giải tán, số lượng các cơ sở huấn luyện quân sự cũng giảm. Cho đến năm 1948, hơn 8 triệu người đã xuất ngũ, các quân khu mới được hình thành, quy mô Quân đội Liên Xô có khoảng 5 triệu người. Từ tháng 3/1946, Tướng Antonov là Phó Tổng Tham mưu trưởng thứ Nhất; Phó Tư lệnh và sau đó là Tư lệnh của Quân khu Transcaucasus.
Ngày 14/5/1955, Hiệp ước Warsaw được ký kết, Tướng Antonov trở thành Tổng Tham mưu trưởng khối Hiệp ước Warsaw và giữ chức vụ này cho đến khi qua đời vào ngày 18/6/1962; tro cốt được táng tại bức tường Điện Kremlin trên Quảng trường Đỏ. Trải qua những năm tháng hào hùng của cuộc Chiến tranh Vệ quốc Vĩ đại và cuộc đời binh nghiệp, Antonov được tặng Huân chương Lenin (3 lần), Huân chương Cờ Đỏ (4 lần), Huân chương Huân chương Suvorov, Huân chương Kutuzov và Huân chương Chiến tranh Vệ quốc hạng nhất, cùng các phần thưởng cao quý của Ba Lan, Tiệp Khắc, Nam Tư, Mông Cổ.
Đóng vai trò quan trọng trong chiến thắng cuối cùng của Hồng quân, chưa được phong Nguyên soái Liên Xô, và là vị chỉ huy Liên Xô duy nhất không được trao tặng danh hiệu Anh hùng Liên Xô, nhưng Alexey Antonov là người mang hàm Tướng duy nhất được trao tặng Huân chương Chiến thắng. Tên của ông được đặt cho một đường phố ở thủ đô Moscow, một trường trung học, một đường phố tại thành phố quê hương, và một bảo tàng tại ngôi nhà, nơi ông sinh ra và lớn lên.
Huân chương Chiến thắng được làm bằng bạch kim dưới dạng một ngôi sao năm cánh, gắn ruby, được nạm 174 viên kim cương nặng tổng cộng 16 carat (3,2 g). Ở trung tâm của ngôi sao là một hình tròn bằng bạc, đường kính 31 mm, thể hiện Điện Kremlin, Tháp Spasskaya và Lăng Lenin được phủ bằng vàng được bao quanh bởi các dải nguyệt quế và gỗ sồi cũng được dát vàng. Ngôi sao của tháp được đính một viên hồng ngọc chính hiệu. Tổng khối lượng của huân chương 78 g, bao gồm 47 g bạch kim, 2 g vàng, 19 g bạc, 25 carat ruby và 16 carat kim cương, trị giá ước tính 10 triệu USD.