生于费拉拉，卒于罗马。早年从事过记者、影视评论等工作。1939年开始，在法西斯官方电影刊物《电影》从事影评工作。1940年，短期就读于罗马电影实验中心。20世纪40年代，拍摄了《波河上的人们》（1947）、《联合国》（1948）、《甜蜜的谎言》（1949）等带有现实主义风格的短片。安东尼奥尼的创作可分为早期、中期和后期。1950年，导演故事长片《一个爱情的故事》，展现了资本主义社会人与人之间冷漠的关系。随后，相继执导了《妖魔的别墅》（1950）、《被征服的人们》（1952）、《城市里的爱情》（1953，集锦片，包括《不戴茶花的茶花女》和《自杀的诱惑》）、《女朋友们》（1955）、《呐喊》（1957）等影片，初步显示了其挖掘电影表现潜力和表现人物内心世界的艺术倾向，并将长镜头的运用推向极致。

1960年，导演影片《奇遇》，获第13届法国戛纳国际电影节评委会特别奖，引起影坛轰动，开启了他的中期创作。1961年，导演《夜》，通过对一对夫妻一天一夜的生活状态描写，表现出他们情感的疏离与内心的痛苦，获第11届德国柏林国际电影节金熊奖。1962年，导演《蚀》，表现一位名叫维多利亚的年轻妇女两段互无联系的爱情经历。《奇遇》《夜》《蚀》三部影片组成了现代爱情故事三部曲。1964年，导演他的第一部彩色故事片《红色沙漠》，因出色的色彩掌控，被评论家誉为电影史上第一部真正意义上的彩色片，获第29届意大利威尼斯国际电影节金狮奖。之后，安东尼奥尼的创作进入后期阶段。1966年，导演《放大》，讲述一名摄影师在公园里偷拍一对情人，放大照片时意外地发现卷入到一桩不寻常的杀人案件中，获第20届法国戛纳国际电影节金棕榈奖。1970年，导演《扎布里斯基角》，表现了资本主义工业文明对人类生存环境的破坏。1973年，导演纪录片《中国》。1975年，导演《职业：记者》（又名《过客》），讲述了一名新闻记者去撒哈拉沙漠采访的故事。之后，拍摄了《奥伯瓦尔德的秘密》（1980）和《一个女人的身份证明》（1982）等。1995年，与W.文德斯联合执导《云上的日子》，获第52届意大利威尼斯国际电影节国际影评人奖。2004年，与王家卫、S.索德伯格联合执导三段式影片《爱神》。

安东尼奥尼的早期、中期作品，奠定了他在电影史上的重要地位。这些影片探索了现代意大利中产阶层面对社会的急剧变革，在价值观念和道德观念上的变化，成功地揭示了他们空虚冷漠的内心世界，同时无情地批判了麻木不仁浑浑噩噩的劳工阶层，延伸了新现实主义的社会批判层面。他的影片以“无情节”、反通俗化、有间离效果为风格，长于“生活流”技巧，大量采用象征和隐喻等抽象手法，保持故事的开放性结局，擅长深焦镜头和运动摄影的长镜头，特别是以大自然景象和建筑物的稳定来反衬人物情感的易变，创造出空虚、寂寞的现代社会的寓言式场景。现代爱情故事三部曲已成为现代电影手法的经典之作。后期作品的内容和风格比较庞杂，立意于观察外部物质世界的纷乱现象。安东尼奥尼所熟悉和代表的是虚弱的意大利中产阶层，他本人承认自己只能提出现代社会中的一些问题，却无法解决这些问题。但他的影片超越了新现实主义的逼真性追求，以新颖独到的结构与手法解剖了现代社会的复杂意蕴，为西方现代电影开拓了一条新路，影响了整整一代人的审美和创作。1983年，获第40届意大利威尼斯国际电影节终身成就奖。1993年，获第6届欧洲电影奖终身成就奖。1995年，获第67届美国电影奥斯卡奖终身成就奖。