Алексей Иннокентьевич Антонов родился 9 сентября 1896 года в Гродно в семье офицера русской армии. Ему было 12 лет, когда умер отец, чуть позже умерла и мать. Алексей окончил 1-ю Петроградскую гимназию и в 1915 году поступил в университет, но он был вынужден прервать учебу и пойти работать на завод.
В 1916 году А.И. Антонова призывают в армию и направляют в Павловское военное училище. После окончания ускоренных курсов он получил чин прапорщика и был зачислен в егерский полк. В июле 1917 года участвовал в боях, получил ранение. За проявленную храбрость награжден орденом Святой Анны 4-й степени.
Новый этап в его жизни наступил в апреле 1919 года, когда он вступил в Красную Армию. В должности помощника начальника штаба 1-й Московской рабочей дивизии, а затем начальника штаба бригады 15-й Инзенской стрелковой дивизии Антонов участвует в боевых действиях на Южном и Кавказском фронтах. Важным событием в его жизни явился 1928 год, когда он поступает на учебу в Военную академию имени М. В. Фрунзе.
В 1937 году Алексей Иннокентьевич Антонов – начальник штаба Московского военного округа, которым командовал Маршал Советского Союза С.М. Буденный. В конце 1938 года его назначили старшим преподавателем, а позже – заместителем начальника кафедры общей тактики Военной академии имени М.В. Фрунзе. В феврале 1940 года ему присвоено ученое звание доцента, а в июне этого же года он получил звание генерал-майора.
В марте 1941 года генерал Антонов был назначен заместителем начальника штаба Киевского особого военного округа, а затем возглавил его.
Антонов сыграл решающую роль в обороне Ростова. Тогда удалось оттеснить врага и не дать ему возможность быстро перебраться через реку Миус. Кроме того, Антонов предложил нанести контрудар, который отбросил немецкую армию на 15 км назад. В итоге, 13 декабря 1941 года Антонов получил орден «Красного Знамени», а также утвержден в звании генерал-лейтенанта.
В дальнейшем, Антонов принимал участие во всех ключевых операциях Великой Отечественной войны, в том числе спланировал контрнаступление войск во время Курской битвы. План «Багратион» целиком и полностью был разработан генералом Антоновым. Он также был основным участником разработки плана по взятию Берлина.
В феврале 1945 года Алексей Антонов был награжден орденом Ленина, назначен начальником Генерального штаба и включен в состав Ставки. 4 июня 1945 года удостоен высшим полководческим орденом «Победа». Он останется в истории единственным генералом, награжденным этим орденом. После войны Генеральный штаб занимался демобилизацией воинов старших возрастов из армии и флота. Этой ответственной работой непосредственно руководил Антонов.
В 1954 году генерал вновь вернулся на должность первого заместителя начальника Генерального штаба. Эту должность он занимал с 1955 года до конца жизни. Умер великий генерал 18 июня 1962 года в Москве. Урна с его прахом находится в Кремлевской стене.