В августе 2010 года Антонов подписал 2-летнее соглашение с «Нижним Новгородом». Клуб делал ставку на молодых игроков, поэтому приобретались перспективные игроки. Сергей Панов — генеральный менеджер «Нижнего Новгорода» — прокомментировал подписание Антонова тем, что он подходит под концепцию формирования команды. И что при его должной работе клуб продлит с ним контракт в будущем. Главным тренером команды являлся сербский специалист Зоран Лукич. Семёну предстояло впервые играть на столь высоком уровне. В начале сезона Антонов выходил со скамейки запасных, но после разрыва контракта с Ваней Плисничем, Антонов занял его место в стартовой пятёрке. По итогам сезона Нижний Новгород дошёл до финала Кубка России, пробился в групповой этап Кубка Вызова, а также занял 5-е место в чемпионате России. На Антонова обратил внимание тренер сборной России Дэвид Блатт, он был включён в основную заявку команды на чемпионат Европы по баскетболу в Литве.