Antonova 1945-ben diplomázott a moszkvai Lomonoszov egyetemen és aspiránsi minőségben már abban az évben a külföldi műalkotásokat bemutató Puskin Múzeumban helyezkedett el, amelynek vezetését 1961-ben vette át. 2013-tól az orosz állami múzeumok főkurátora lett.

Antonova kulcsszerepet játszott abban, hogy a szovjet és az orosz közönség odahaza ismerkedhetett meg világ kiemelkedő műalkotásaival. Kezdeményezésére a Puskin Múzeumban 1967 óta évente rendeznek tudományos szimpóziumot a nyugat-európai művészettörténetről, Borisz Vipper történészről elnevezve.

1974-ban az általa igazgatott múzeumban állították ki először a Szovjetunióban Leonardo Mona Lisáját. Ugyanebben az évben Antonova kezdeményezésére átszervezték a Puskin Múzeum állandó kiállítását. Az ő közreműködésével rendezték meg itt egyebek között a 1981-ben a Moszkva-Párizs 1900-1930, 1996-ban a Moszkva-Berlin 1900-1950, ugyanebben az évben a Trója kincsei Heinrich Schliemann ásatásairól, 2010-ben a Picasso, 2013-ban pedig a Tiziano című kiállítást.

1981-ben Szvjatoszlav Richterrel közösen kezdeményezte, hogy Decemberi esték címmel tartsanak minden évben képző- és zeneművészeti fesztivált a múzeumban. A nyolcvanas évek végén elfogadták az intézmény fejlesztésének állami programját, amelynek keretében 1994-ben megnyílt a magángyűjtemények múzeuma.

Az ő felügyelete alatt adták át 1996-ban a 750 híres antik, középkori és reneszánsz szobor és festmény másolatát bemutató Ivan Cvetajev Múzeumot, 1998-ban a Puskin Múzeum intézettörténeti termét és 1999-ben Richter emléklakását. 2006-ban a Puskin Múzeum főépülete mellett megnyílt az európai és amerikai orászágok 19. és 20. századi művészetének galériája és az ifjúség esztétikai nevelését szolgáló Museion központ.

Utódját, Marina Losakot Antonova maga ajánlotta a Puskin Szépművészeti Múzeum élére.

A múzeum hétfőn közölte, hogy a neves szovjet-orosz művészettörténész és muzeológus halálát az új koronavírusos fertőzés okozta. Elhunyta miatt az orosz közélet más neves képviselői mellett Vlagyimir Putyin orosz elnök és Olga Ljubimova kulturális miniszter is részvétét nyilvánította.