Антонова возглавляла Государственный музей изобразительных искусств им. Пушкина с февраля 1961 года по июль 2013 года, когда была назначена президентом музея.

В 1974 году под ее руководством была осуществлена реорганизация экспозиции музея. В том же году в ГМИИ впервые в СССР была выставлена знаменитая картина Леонардо да Винчи «Мона Лиза».

Также она является лауреатом Государственной премии России, кавалером ордена Почетного легиона и ордена «За заслуги перед Отечеством», командором ордена «За заслуги перед Итальянской Республикой», имеет множество наград: орден Октябрьской Революции, Трудового Красного Знамени, Дружбы народов, Восходящего солнца и множество других.