Jest uznawany za jednego z największych artystów swojego pokolenia. Urodził się w 1983 roku w rodzinie wiolonczelistów. Pierwszymi latami nauki zajęli się jego rodzice, zwłaszcza matka Maria, wiodący pedagog wiolonczeli w Centralnej Szkole Muzycznej przy moskiewskim Konserwatorium. Po ukończeniu studiów w Moskwie, Siergiej Antonow rozpoczął naukę w USA. Od 2006 roku jego nauczycielem jest Terry King, w The Longy School of Music w Bostonie.

Wielki wpływ na wiolonczelistę miała praca z Mścisławem Rostropowiczem. Siergiej często uczęszczał w Moskwie na jego klasy mistrzowskie, co zaowocowało zaproszeniem go przez Mistrza do wzięcia udziału we wspólnym tournée po Rosji i całej Europie.

W czerwcu 2007 roku, jako jeden z najmłodszych laureatów w historii, Siergiej Antonow zdobył Złoty Medal na słynnym XIII Międzynarodowym Konkursie im. P. Czajkowskiego. Zdobywał również laury na szwedzkim Duo Competition, Międzynarodowym Konkursie Muzyki Kameralnej, organizowanym przez Fundację Muzyki Kameralnej w Nowej Anglii, Narodowym Konkursie ASTA w Detroit oraz na konkursach Dotzauer i David Popper. Antonow współpracuje z wieloma orkiestrami: filharmoniami w Moskwie, St. Petersburgu, Budapeszcie, Narodowymi Filharmoniami we Włoszech i w Hiszpanii, jak również z licznymi innymi orkiestrami w Rosji. Stale koncertuje w Europie i Stanach Zjednoczonych.