В кино с 1931 года, работал сначала как художник-мультипликатор.
В 1933—1936 годах — режиссёр-мультипликатор («Рукописи Пушкина» , 1937).
В 1935—1936 годах учился в Институте повышения квалификации творческих работников кинематографии при ВГИКе (Москва), окончил 2 курса.
С 1938 г. — режиссёр киностудии «МосТехФильм» . Первый снятый им научно-популярный фильм — учебный — «Двигатель» (Урок № 12).После войны 1941—1945 гг. карьера начиналась сначала: работал театральным художником.
В 1953—1955 гг. — снова работал как режиссёр-мультипликатор.
С 1955 года — режиссёр киностудии «Моснаучфильм» (назв. с 1945 г.; с 1967 — «ЦентрНаучФильм» , с 2004 — «Центр национального фильма» ).
В 1955—1961 участник (режиссёр) съёмок секретных фильмов о ядерных взрывах и космических испытаниях.Фильмы Антонова отмечены многими международными премиями.
В числе награждённых — фильм «Неуязвимые под лучами» (1967), получивший главный приз международного фестиваля.Д. К. Антонов проявил себя и в качестве сценариста: по своим сценариям создал ряд научно-популярных и документальных фильмов.