Сергей Антонов родился в 1983 году в Москве в семье музыкантов-виолончелистов, получил музыкальное образование в ЦМШ при Московской консерватории (класс М.Ю.Журавлёвой) и Московской консерватории в классе проф. Н.Н.Шаховской (у неё же окончил аспирантуру). Также окончил аспирантуру в Hartt School of Music (США).
Лауреат целого ряда международных конкурсов: Международного конкурса в Софии (Гран-при, Болгария, 1995), конкурса им. Доцауэра (II премия, Германия, 1998), Шведского конкурса камерной музыки (I премия, Катринегольм, 2003), Международного конкурса им. Поппера в Будапеште (II премия, Венгрия, 2004), Международного конкурса камерной музыки в Нью-Йорке (I премия, США, 2007).
Молодой музыкант принимал участие в мастер-классах Даниила Шафрана и Мстислава Ростроповича, участвовал в международных фестивалях М.Ростроповича. Являлся стипендиатом Благотворительного фонда В.Спивакова, Фонда «Новые имена», Фонда М.Ростроповича и обладателем именной стипендии им. Н.Я. Мясковского.
Победа на одном из главных музыкальных состязаний мира дала мощный импульс международной карьере музыканта. Сергей Антонов выступает с ведущими российскими и европейскими симфоническими оркестрами, дает концерты в США, Европе, странах Азии. Музыкант активно гастролирует по городам России, участвует в многочисленных фестивалях и проектах (фестивали «Крещендо», «Приношение Ростроповичу», проект Московской филармонии «Звёзды XXI века» и др.).
Сергей Антонов сотрудничал со многими известными музыкантами, среди которых Михаил Плетнев, Юрий Башмет, Юрий Симонов, Евгений Бушков, Максим Венгеров, Юстус Франтц, Мариус Стравинский, Джонатан Брэтт, Мицуеши Иноуэ, Давид Герингас, Дора Шварцберг и другие. Играет в ансамблях с молодыми российскими звездами – Екатериной Мечетиной, Никитой Борисоглебским, Вячеславом Грязновым.
В сезоне 2010/2011 виолончелист выступал во многих городах России (Ростов-на-Дону, Екатеринбург, Челябинск, Уфа, Санкт-Петербург, Петрозаводск, Нижний Новгород, Тамбов). В Москве он представил сразу две премьеры сочинений для виолончели с оркестром: написанную специально для артиста московским композитором Андреем Микитой Концертную увертюру «Ромео и Джульетта» (по одноименной увертюре-фантазии П.И. Чайковского) и Концерт для виолончели, камерного оркестра и литавр британского композитора Джона Тавенера. Сергей Антонов также выступал с концертами в США, странах Азии, Швеции и впервые – в Хорватии со знаменитым оркестром Загребской филармонии.
Музыкант выпустил компакт-диск с записями виолончельных сонат Рахманинова и Мясковского (с Павлом Райкерусом, фортепиано) на лейбле «Новая Классика» и компакт-диск с записью камерных произведений Шумана (с Элиной Блиндер, фортепиано).
