Антонова је радила у државном музеју од 1945. године, бавећи се епохом ренесансе у Италији.
Од 1961. до 2013. године била је председник музеја.
Организовала је највеће међународне изложбе: „Москва-Париз“, „Москва-Берлин“, „Русија-Италија“, „Тернер“, „Модељани“, „Пикасо“ и остале.
Заједно са музичарем Свјатославом Рихтером основала је фестивал музике и сликарства „Децембарске вечери“.
Антонова је лауреат бројних домаћих и међународних награда.
Руски председник Владимир Путин је изразио саучешће поводом смрти Антонове.