Giovanni Antonini wurde in Mailand geboren und studierte an der Civica Scuola di Musica sowie am Centre de Musique Ancienne in Genf. Er ist Gründungsmitglied des Barockensembles Il Giardino Armonico, das er seit 1989 leitet. Mit diesem Ensemble ist er als Dirigent und Solist auf der Blockflöte und der Barockflöte aufgetreten und hat Konzerte in ganz Europa, den Vereinigten Staaten, Kanada, Südamerika, Australien, Japan und Malaysia gegeben. Außerdem ist er Erster Gastdirigent des Kammerorchesters Basel.
Antonini hat mit zahlreichen renommierten Künstlern zusammengearbeitet, darunter Cecilia Bartoli, Kristian Bezuidenhout, Giuliano Carmignola, Isabelle Faust, Sol Gabetta, Sumi Jo, Viktoria Mullova, Katia und Marielle Labèque, Emmanuel Pahud und Giovanni Sollima. Anerkannt für seine raffinierten und innovativen Interpretationen des klassischen und barocken Repertoires, ist er häufiger Gastdirigent bei angesehenen Orchestern wie den Berliner Philharmonikern, dem Concertgebouworkest, dem Tonhalle-Orchester Zürich, dem Mozarteumorchester Salzburg, dem Gewandhausorchester Leipzig, dem London Symphony Orchestra, der Tschechischen Philharmonie und dem Chicago Symphony Orchestra.
Zu seinen Operninszenierungen zählen herausragende Aufführungen wie Händels »Giulio Cesare in Egitto« und Bellinis »Norma« mit Cecilia Bartoli bei den Salzburger Festspielen. 2019 leitete er »Giulio Cesare« an der Scala, wohin er 2021 für »Così fan tutte« zurückkehrte. In der Saison 2024/25 dirigierte Antonini an der Mailänder Scala Robert Carsens Inszenierung von »L’Orontea«.
Mit Il Giardino Armonico hat Antonini zahlreiche gefeierte Aufnahmen produziert, darunter Instrumentalwerke von Vivaldi, J. S. Bach (Brandenburgische Konzerte), Biber und Locke für Teldec. Für Naïve nahm er Vivaldis Oper »Ottone in Villa« auf, während seine Zusammenarbeit mit Decca zwei Alben mit Julia Lezhneva umfasst. Seine Veröffentlichungen bei Alpha Classics (Outhere Music Group), wie beispielsweise »La morte della Ragione«, zeugen von seinem Interesse an der Musik der Renaissance durch Sammlungen von Instrumentalwerken des 16. und 17. Jahrhunderts. Mit dem Kammerorchester Basel nahm er die gesamten Beethoven-Sinfonien für Sony Classical sowie »Revolution«, eine CD mit Flötenkonzerten mit Emmanuel Pahud, für Warner Classics auf.
Antonini ist künstlerischer Leiter des Projekts Haydn2032, einer ehrgeizigen Initiative, deren Ziel es ist, bis zum 300. Geburtstag des Komponisten die gesamten Sinfonien von Joseph Haydn mit Il Giardino Armonico und dem Kammerorchester Basel aufzunehmen und aufzuführen. Bislang sind die ersten 15 Bände dieses monumentalen Vorhabens beim Label Alpha Classics erschienen.