آنتونیونی در ۱۹۱۲ در شهر کوچک فررا در شمال ایتالیا متولد شد. در نوجوانی به نقاشی پرداخت و چند سال بعد در ۲۳ سالگی دانشنامه خودرا در رشته اقتصاد و بازرگانی از دانشگاه بولونیا دریافت کرد. اگرچه در هنگام دانشجویی اش بود که نوشتن داستان و نمایشنامه را آغاز کرد و برخی از آنها را نیز به پرده آورده و کارگردانی نمود. او در ۱۹۴۰ به رم رفت و دستیار «کنت ویتوری چینی» شد. این کار طولی نکشید و سپس به کارمندی بانک و پس از آن برای کار به روزنامه سینمایی «کوریر پادانو» پیوست. حتی دستیاری فیلمسازانی چون مارسل کارنه، روبرتو روسلینی و لوکینو ویسکونتی را تجربه کرد. در این ایام او به نوشتن چند فیلمنامه پرداخت که یکی از آنها «باز بازگشت خلبان» بود که آن را با کمک روبرتو روسلینی نوشت. در ۱۹۴۳به زادگاهش فرارا بازگشت و با چهار سال زحمت، زندگی سخت ماهیگیران همسایه را در فیلم کوتاه «مردمان دره پو» به روی پرده برد.
نخستین فیلم بلند داستانی آنتونیونی «داستان یک شیدایی» بود این فیلم علیرغم اینکه در دوره افول جنبش نئورئالیسم در ایتالیا باب تازه ای را در موضوع سینمای آن کشور باز نمود، اما با برخورد سرد اغلب منتقدین مواجه گردید. آنتونیونی پس از آن در ۱۹۵۲ او فیلم «شکست خورده» و سپس در ۱۹۵۳ «بانویی بدون گلهای کاملیا» را ساخت.
«داستان یک عشق » فیلم دیگر آنتونیونی است که در سال ۱۹۵۰ ساخت، فیلمی نوآر که احساسات درونی شخصیت هایش را در معرض نمایش می گذاشت.دیگر فیلم کارگردان آرام «فریاد» در فستیوال کن ۱۹۵۷ کن به نمایش در آمد اما «ماجرا» بود که نام او را سر زبانها انداخت. فیلمی که در سال ۱۹۶۰ در فستیوال کن به نمایش درآمد و از سوی تماشاگران هو شد اما منتقدان سینما نگاه شاعرانه و عمیقا انسانی و بی پروایی آنتونیونی را تحسین کردند. «مونیکا ویتی» با بازی در ماجرا از بازیگری ناشناس در سینمای ایتالیا به ستاره ای مشهور بدل شد و در فیلم های دیگر آنتونیونی مانند «کسوف» و «صحرای سرخ» هم بازی کرد.
او موفقيت‌هاي جهاني‌اش را با «شب» برنده خرس طلا جشنواره فیلم برلین و «كسوف» هر دو در ۱۹۶۱ ادامه داد. اين سه فيلم آخر با توجه به شباهت در سبك و موضوع كه هرسه به نگراني‌هاي بشر امروز پرداخته‌اند، عموما به سه‌گانه‌هاي «آنتونيوني» معروف هستند. با موفقیت ماجرا موقعیت سینمایی و هنری آنتونیونی در سینمای ایتالیا تحکیم شد و او با کمک تهیه کننده بزرگی مثل کارلو پونتی توانست «آگراندیسمان»، «قله زابریسکی» و «حرفه خبرنگار» را در کشورهای دیگر بسازد.
آنتونيوني يك سال بعد از ساخت «صحرای سرخ»، با امضاي قرارداد همكاري با يك تهيه‌كننده انگليسي، ساخت سه فيلم انگليسي‌زبان براي استوديو MGM را برعهده گرفت. اولين اين فيلم‌ها، «آگرانديسمان» بود كه در سال ۱۹۶۶ ساخته شد و موفقيت زيادي كسب كرد. آنتونیونی فیلم بعدی «نقطه زابريسكي» را در سال ۱۹۷۰ درباره جنبش پرخاش دانشجویی ساخت و این اولين فيلم او بود كه در آمريكا ساخته مي‌شد كه البته در مقايسه با «آگرانديسمان» درخشش كمتري داشت.
این فیلم که به زبان انگلیسی و با با بازی «دیوید همینگز» و «ونسا ردگریو» در لندن دهه شصت با فیلمنامه ای از «تونینو گوئرا(فیلمنامه نویس معروف ایتالیایی)» و داستان کوتاهی از «خولیو کورتازار» نویسنده مشهور آرژانتینی ساخته شد، ماجرای یک عکاس مد مشهور (با الهام از زندگی دیوید بیلی عکاس انگلیسی) است که به طور تصادفی، تصویر یک جسد را در پارک ثبت می کند. فیلم قطعیت یا عدم قطعیت واقعیت و ماهیت واقعیت عکاسی شده را زیر سوال می برد.
در سال ۱۹۷۲، آنتونیونی به پیشنهاد دولت چین و تلویزیون ایتالیا یک بار دیگر نیز با ساختن فیلم مستند ۲۲۰ دقیقه ای خود در باره چین(فیلمی که به سفارش تلویزیون ایتالیا و دعوت دولت چین) ساخت که به خاطر ارائه تصویری غیر واقعی از چین مورد انتقاد قرار گرفت. سه سال بعد فیلمی تحت عنوان «حرفه: خبرنگار» را به عنوان آخرین فیلم سه گانه اش کارگردانی کرد.این فیلم روایت پیچیده ای از وقایع اتفاق افتاده بر خبرنگاری به نام دیوید (با بازی جک نیکلسون) است.
آنتونیونی در "قله زابریسکی" که در آمریکا و درباره عصیان دانشجویی ساخته شد، باز هم نتوانست دنیای سرد ولی باورپذیر و ملموس فیلم های ایتالیایی اش را بازآفرینی کند. فیلم به خاطر ارائه تصویری نادرست از آمریکا به شدت مورد انتقاد منتقدین واقع شد.
در سال ۱۹۷۵ انتونیونی فیلم مشهور «حرفه خبرنگار» را با بازی جک نیکلسون و ماریا اشنایدر ساخت. فیلمی که یکی از طولانی ترین و پیچیده ترین پلان-سکانس های تاریخ سینما در آن ثبت شده، جک نیکلسون(دیوید) که بر تخت دراز کشیده شروع می شود و دوربین با حرکت تراولینگ از او جدا شده و از نرده های پنجره اتاق می گذرد و پس از دید زدنی در حیاط دوباره به اتاق بازمی گردد و دیوید مرده بر تخت را می بیند.
آنتونیونی ۱۹۸۰ در اثری را بر اساس نمایشنامه ای از «ژان کوکتو» کارگردانی کرد. این فیلم که «راز اوبروالد» نام گرفت، درباره آنارشیستی است که به قصد ترور ملکه ای به قصر او می رود و در حالی که پلیس به دنبالش است به خود ملکه پناه می برد و در ادامه میان آندو عشق عمیقی در می گیرد. آنتونیونی در سال ۱۹۸۳ شیر طلایی ونیز را به خاطر فیلم «تشخیص هویت یک زن» به دست آورد. فیلمی درباره یک کارگردان سینما که جستجویش برای پیدا کردن قهرمان زن فیلمش با جستجویش برای یافتن شریکی برای زندگی یکی می شود.
پس از این فیلم آنتونیونی به مدت ۱۲ سال کاری نکرد که دلیل عمده اش به خاطر سکته قلبی بود که او در سال ۱۹۸۵ دچارش شد. در ۱۹۹۴، آنتونیونی ۸۲ ساله با همکاری «ویم وندرس» فیلمساز مطرح آلمانی، فیلمی چهار اپیزودی به نام «از ورای ابرها» ساخت. او در فیلم هایش با بسیاری از بازیگران برجسته و نامدار سینمای اروپا و آمریکا مثل ژان مورو، مارچلو ماسترویانی، آلن دلون، ایرنه ژاکوب، جان مالکوویچ، جک نیکلسون و ونسا ردگریو کار کرده است. در ۲۰۰۴ با همکاری «استیون سودربرگ» و «ونگ کار وای» سه گانه را ساخت. او همچنین فیلم کوتاه «نگاه میکل آنجلو» را ساخت که فیلمی آرام و نیایشی دلپزیر از تندیس موسی ساخته میکل آنجلو در کلیسای سن پیتر رم بود.
میکل آنجلو آنتونیونی سرانجام در سی ام جولای سال ۲۰۰۷ و در سن ۹۵ سالگی در شهر رم ایتالیا دیده از جهان فرو بست.
