Antonsson fikk sin landslagsdebut for i en vennskapskamp mot den 22. januar 2004 (0–3). Han deltok samme år i Europamesterskapet for U-21, hvor han spilte to av Sveriges tre gruppekamper. Antonsson ble tatt ut i den svenske troppen til EM i fotball 2012 i Polen og Ukraina av landslagstrener Erik Hamrén.