Der in Mailand geborene Giovanni Antonini studierte an der Civica Scuola di Musica und am Centre de Musique Ancienne in Genf. Er ist Gründungsmitglied des Barockensembles Il Giardino Armonico, das er seit 1989 leitet. Mit diesem Ensemble trat er als Dirigent und Solist auf der Blockflöte und der barocken Querflöte in Europa, den USA, Kanada, Südamerika, Australien, Japan und Malaysia auf. Er ist Künstlerischer Leiter des Wratislavia Cantans Festivals in Polen und Erster Gastdirigent des Mozarteum Orchesters und des Kammerorchesters Basel.
Er trat mit vielen renommierten Künstlern auf, darunter Cecilia Bartoli, Kristian Bezuidenhout, Giuliano Carmignola, Isabelle Faust, Sol Gabetta, Sumi Jo, Viktoria Mullova, Katia und Marielle Labèque, Emmanuel Pahud und Giovanni Sollima. Antonini ist bekannt für seine raffinierte und innovative Interpretation des klassischen und barocken Repertoires und ist auch regelmäßiger Gast bei den Berliner Philharmonikern, dem Concertgebouworkest, dem Tonhalle Orchester, dem Mozarteum Orchester, dem Gewandhausorchester Leipzig, dem London Symphony Orchestra und dem Chicago Symphony Orchestra.
Zu seinen Opernproduktionen zählen Mozarts Le Nozze di Figaro und Händels Alcina am Teatro alla Scala in Mailand und am Opernhaus Zürich, Händels Giulio Cesare in Egitto und Bellinis Norma mit Cecilia Bartoli bei den Salzburger Festspielen. 2018 dirigierte er Orlando am Theater an der Wien und kehrte für Idomeneo ans Opernhaus Zürich zurück. In der Saison 2019/20 dirigiert Antonini Giulio Cesare in Egitto an der Mailänder Scala und kehrt zum Mozarteum Orchester, Tonhalle Orchester, zur Tschechischen Philharmonie und zum Symphonieorchester des Bayerischen Rundfunks zurück.
Mit Il Giardino Armonico hat Antonini zahlreiche CDs mit Instrumentalwerken von Vivaldi, J.S. Bach (Brandenburgische Konzerte), Biber und Locke für Teldec eingespielt. Mit Naïve nahm er Vivaldis Oper Ottone in Villa auf, und für Decca nahm er 2 Bände mit Julia Lezhneva auf. Später veröffentlichte er bei Alpha Classics (Outhere Music Group) verschiedene Alben, darunter La Morte della Ragione, Sammlungen von Instrumentalmusik des 16. und 17. Jahrhunderts. Mit dem Kammerorchester Basel hat er sämtliche Beethoven-Sinfonien für Sony Classical und eine CD mit Flötenkonzerten mit Emmanuel Pahud unter dem Titel Revolution für Warner Classics aufgenommen. 2013 dirigierte er in Zusammenarbeit mit dem Orchestra La Scintilla eine Aufnahme von Bellinis Norma für Decca.
Antonini ist künstlerischer Leiter des Projekts Haydn2032, das ins Leben gerufen wurde, um die Vision zu verwirklichen, mit Il Giardino Armonico und dem Kammerorchester Basel sämtliche Sinfonien von Joseph Haydn bis zum 300.heit Jahrestag der Geburt des Komponisten. Die ersten 8 Bände wurden auf dem Label Alpha Classics veröffentlicht, zwei weitere Bände sind für jedes Jahr geplant.