Antonioni valmistui Bolognan yliopistosta 1940 ja muutti Roomaan, jossa jatkoi opintojaan. Roomassa hän tapasi tulevia työtovereitaan, mm. Roberto Rossellinin.
Antonioni määritteli itsensä marxilaiseksi intellektuelliksi, mutta yhtä lailla hän oli absurdisti ja eksistentialisti. Toisin kuin monet italialaisaikalaisensa (esim. Pier Paolo Pasolini ja Federico Fellinille), joiden elokuvat kertovat yhteiskunnan syrjäytyneistä ja ovat perinteisellä tavalla kantaaottavia, Antonioni kuvasi usein eliitin ja kaupunkien porvariston sisällyksetöntä 'elämistä' (eikä elämää). Hänen elokuvansa ovat pysähtyneitä länsimaisen ikävystyneisyyden ja harmauden runoelmia jotka, kuten Antonioni selitti Mark Rothko, 'eivät kerro mistään – mutta tekevät sen täsmällisesti'. Mitä enemmän elokuvassa minuutteja kuluu, sitä merkityksettömämmäksi kaikki käy, sitä vähemmän asiat selkenevät ja sitä moniselitteisemmiksi ja mielettömämmiksi ne muuttuvat. Useassa Antonionin elokuvassa kuluva fiktiivinen elokuvan aika ei ole merkittävästi pidempi kuin katsojan kokema todellinen aika: juonta ei perinteisessä mielessä ole.
Kuuluisa on esimerkiksi elokuvan viimeinen otto, joka kestää liki 10 minuuttia ja jota rakennettiin useita päiviä. Kamera ei liiku vaan kuvaa huoneesta läpi ikkunan, ja ikkunan takana pihalla tapahtuu vain vähän. Kaikki on kuitenkin suunniteltua ja hallittua. Päähenkilöä esittävä Jack Nicholson asettuu vuoteelleen ikkunan ääreen ja kuolee. Kuolema sängyssä on eleetöntä, mutta otto on ladattu täyteen pieniä elämän yksityiskohtia ja olemista. Kaikki pienet satunnaiset asiat (eläinten liikkeet, satunnaiset huudahdukset) tapahtuvat ikkunan ulkopuolella, espanjalaisella hiekkaisella pihalla.
Katsoja on Antonionin elokuvissa usein samassa asemassa kuin elokuvan henkilöt: hän ei tiedä valkokankaalla sattuvasta yhtään enempää, 'kaikki vain tapahtuu'. Antonionin maailmassa ihminen on 'maailmaan heitetty', ja hänen elokuvansa loppuvat usein äärimmäisen tyhjyyden, absurdiuden ja mielettömyyden kokemukseen.
Antonioni kuoli Roomassa 94-vuotiaana.http://www.repubblica.it/2007/07/sezioni/spettacoli_e_cultura/morto-antonioni/morto-antonioni/morto-antonioni.html
Samana päivänä kuoli myös toinen merkittävä elokuvaohjaaja, Ingmar Bergman. Antonioni oli ollut vuodesta 1985 saakka aivoverenkiertohäiriön vammauttama.