Nachdem Antonow 2009 noch bei der U20-EM eingesetzt wurde, hat man ihn zur EM 2011 in den Kader der russischen Nationalmannschaft berufen. Als Ergänzungsspieler eingesetzt, wurde Antonow Bronzemedaillengewinner mit der Mannschaft. Gleiche Platzierung erreichte Antonow auch bei den Olympischen Spielen 2012. Auch hier kam er über den Status eines Reserve-Spieler nicht hinweg. Antonow nahm mit der Nationalmannschaft an den Basketball-Europameisterschaften 2013 und 2015 teil.