Родился 6 июня 1936 года в Москве.
В 1959 году - окончил на биолого-почвенный факультет МГУ, где специализировался на кафедре биохимии растений (впоследствии переименованной в кафедру молекулярной биологии).Дипломную работу выполнял под руководством члена-корреспондента АН СССР А. Н. Белозерского и А. С. Спирина, тогда молодого кандидата наук.
С 1959 года – аспирант, ассистент, доцент кафедры биохимии биолого-почвенного факультета МГУ.Под руководством Белозерского в эти годы на кафедре была развернута научная программа сравнительного изучения наследственного материала, ДНК, для установления родственных отношений современных видов и раскрытия картины эволюции жизни на Земле.Антонов ведет исследовательскую работу и переходит с биологического факультета в Межфакультетскую проблемную научно-исследовательскую лабораторию молекулярной биологии и биоорганической химии, уникальное подразделение МГУ, созданное Белозерским и академиком И. Г. Петровским для обеспечения междисциплинарных работ в разных областях биологии, химии, математики (сейчас это НИИ физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского МГУ)А.С. Антонов активно подключается к организации завершающего этапа строительства корпуса лаборатории, комплектации его научным оборудованием, отработке новых организационных форм управления через научно-технический совет.
В 1972 году, после кончины А. Н. Белозерского, возглавляет отдел эволюционной биохимии, где формирует научную школу единомышленников.
В 1973 году - формулирует концепцию геносистематики, под которой он понимал всестороннее сравнительное изучение генотипов, противопоставляя ее феносистематике, рассматривающей внешние признаки организмов, и защищает новую концепцию как докторскую диссертацию.Создатель межкафедральной лаборатории геносистематики на биологическом факультете МГУ.Был членом редакционного совета Журнала общей биологии, являлся заслуженным научным сотрудником МГУ.Под его руководством защищено более полусотни кандидатских и пять докторских диссертаций.Автор и редактор более 150 научных работ, в том числе пяти монографий, большого числа научно-популярных и учебных статей и брошюр.Умер 19 мая 2008 года.