Герой Советского Союза. Командир корабля - испытатель специальной воинской части Министерства обороны СССР, капитан 1-го ранга в запасе.

Родился 22 декабря 1940 года в городе Великие Луки ныне Псковской области в семье служащего. Русский. В 1957 году окончил 10 классов.

В Военно-Морском Флоте с 1958 года. Член КПСС с 1962 года. В августе 1963 года окончил Высшее военно-морское училище радиоэлектроники имени А.С. Попова. Службу проходил на атомных подводных лодках Северного флота (с 7 мая 1965 года – Краснознамённый Северный флот): с августа 1963 года по май 1964 года - командир гидроакустической группы, с мая 1964 года по январь 1968 года - начальник радиотехнической службы - командир боевой части (БЧ-4) подводной лодки (ПЛ) «К-47», с января 1968 года по ноябрь 1972 года - помощник командира строящейся ПЛ «К-316».

В июле 1973 года окончил Высшие специальные офицерские классы ВМФ, после чего до октября 1973 года, находился в распоряжении командующего Краснознамённым Северным флотом. С октября 1973 года по ноябрь 1976 года - старший помощник командира ПЛ «К-316». Проявил себя как грамотный, исполнительный, дисциплинированный и требовательный офицер, уделяющий серьёзное внимание организации качественной постройки и приёма корабля от промышленности, подготовке к успешному проведению заводских и государственных испытаний.

С ноября 1976 года по август 1978 года капитан 2-го ранга Антонов А.И. - командир 46-го экипажа крейсерской ПЛ.

С августа 1978 года продолжил службу в специальной воинской части Министерства обороны СССР. Лично участвовал в испытаниях новой техники, в качественном и скорейшем её освоении. Обладая хорошей реакцией, в сложной обстановке быстро ориентировался, проявляя выдержку, решительность, смелость, и принимал грамотные решения.

21 августа 1979 года капитану 2-го ранга присвоено воинское звание «капитан 1-го ранга».

За успешное выполнение специального задания командования и проявленные при этом мужество и отвагу Указом Президиума Верховного Совета СССР от 21 декабря 1982 года капитану 1-го ранга Антонову Анатолию Ивановичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 11487).

Награждён орденом Ленина (1982), орденом Красной Звезды (1981), медалями.

С июня 1992 года капитан 1-го ранга - в запасе.