Сергей Антонов — обладатель Первой премии и Золотой медали по специальности «виолончель» XIII Международного конкурса имени П. И. Чайковского (2007), один из самых молодых победителей в истории этого музыкального состязания.
Сергей Антонов родился в Москве в семье музыкантов-виолончелистов, получил образование в Центральной музыкальной школе при Московской консерватории (класс М. Ю. Журавлевой) и Московской консерватории в классе профессора Н. Н. Шаховской (у неё же окончил аспирантуру). Также окончил аспирантуру в Hartt School of Music (США).
Сергей Антонов — лауреат целого ряда международных конкурсов: в Софии (Гран-при, Болгария, 1995), имени Доцауэра (II премия, Германия, 1998), Шведского конкурса камерной музыки (I премия, Катринегольм, 2003), имени Поппера в Будапеште (II премия, Венгрия, 2004), камерной музыки в Нью-Йорке (I премия, США, 2007).
Музыкант принимал участие в мастер-классах Даниила Шафрана и Мстислава Ростроповича, участвовал в международных фестивалях М. Ростроповича. Являлся стипендиатом Международного благотворительного фонда В. Спивакова, Фонда «Новые имена», Фонда М. Ростроповича и обладателем именной стипендии имени 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, даёт концерты в США, Канаде, большинстве Европейских стран и странах Азии. Музыкант активно гастролирует по городам России, участвует в многочисленных фестивалях и проектах (фестивали Crescendo, «Приношение Ростроповичу» и другие). В 2007 году стал солистом Московской филармонии.
Сергей Антонов сотрудничал со многими известными музыкантами, среди которых Михаил Плетнёв, Владимир Спиваков, Юрий Башмет, Юрий Симонов, Евгений Бушков, Максим Венгеров, Юстус Франц, Мицуеши Иноуэ, Эйдзи Оуэ, Ян-Паскаль Тортелье, Юрий Ботнари, Давид Герингас, Дора Шварцберг, Дмитрий Ситковецкий, Кристиан Циммерман, Денис Мацуев, Вадим Руденко, Максим Могилевский, Екатерина Мечетина и Никита Борисоглебский.
Постоянным сценическим партнером Сергея Антонова является пианист Илья Казанцев, с которым он продолжает выступать с камерными программами в США, Европе и Японии. Виолончелист также является участником трио «Эрмитаж» совместно с пианистом Ильей Казанцевым и скрипачом Мишей Кейлиным.
Музыкант выпустил несколько компакт-дисков: с записями виолончельных сонат Рахманинова и Мясковского с пианистом Павлом Райкерусом (лейбл «Новая Классика»), с записью камерных произведений Шумана с пианисткой Элиной Блиндер, миниатюр русских композиторов и сонат Р. Штрауса и Рахманинова в ансамбле с Ильей Казанцевым (Bostonia records). Проводит мастер-классы в колледжах и университетах во многих странах мира. В 2014 году Сергей Антонов дебютировал как дирижёр.