Отечественный авиаконструктор, академик АН СССР (1981), герой Социалистического Труда (1966). Антонов – один из основателей советского планеризма. В юношеские и студенческие годы разработал учебные планёры ОКА-1, -2, -3, «Стандарт-1, -2», планёр-паритель «Город Ленина». После окончания Ленинградского политехнического института (1930) – начальник планёрного КБ Осоавиахима в Москве, в 1933–1938 – главный конструктор планёрного завода в Тушино. Создал около 30 типов планёров, в том числе серийные учебные УПАР (выпущено 800 экземпляров), Ус–3 (выпущено 1600 экземпляров), Ус–4 (выпущено 3000 экземпляров), БС-3, -4, -5, спортивные «Рот-Фронт-1,  -2, -3, -4, -5, -6, -7», экспериментальные ИП, РЭ, М, БА–1. На 6 тыc. планёров, построенных заводом, прошли обучение свыше 150 тысяч лётчиков. В 1938–1940 О.К.Антонов работал ведущим инженером в ОКБ А.С.Яковлева. В 1940–1941 работал на заводе «Красный лётчик» над лёгким связным самолётом, руководил внедрением его в серию на заводе в Каунасе. Затем, будучи главным инженером планёрного управления НКАП, организовал производство своего грузового и десантного планёра А-7 (в годы Великой Отечественной войны их было выпущено 600 экземпляров). В 1943–1946гг. О.К.Антонов – первый заместитель главного конструктора в ОКБ А.С.Яковлева, в 1945–1946 – начальник филиала этого ОКБ в Новосибирске. С 1946 – главный конструктор вновь организованного ОКБ  (переведённого в 1952 в Киев), в 1967–1984 – генеральный конструктор.

В послевоенные годы под руководством О.К.Антонова созданы: специальные транспортные самолёты (Ан-8, Ан-12, Ан-22, Ан-26, Ан-32, Ан-72, Ан-124) для решения задач военно-транспортной авиации, воздушно-десантных войск и обеспечения грузовых перевозок Аэрофлота; многоцелевые (Ан-2, Ан-14, Ан-28), отличающиеся способностью базироваться на неподготовленных площадках длиной до 550 м; пассажирские (Ан-10, Ан-24), обладающие высокой экономичностью перевозок; цельнометаллические планёры (Ан-11, Ан-13, Ан-15) и дельтапланы «Славутич». Под его руководством разработана система автоматизированного проектирования транспортных самолётов, внедрены клеесварные соединения и композиционные материалы, развиты методы авиастроительной экономики.

С 1977 – заведующий кафедрой Харьковского авиационного института (с 1978 – профессор). Депутат ВС СССР с 1958. Награждён Золотой медалью имени А.Н.Туполева (1979), Ленинской премией (1962), Государственной премией СССР (1952).Также награждён 3 орденами Ленина, орденами Октябрьской Революции, Отечественной войны 1-й степени, Трудового Красного Знамени, медалями. В его честь учреждён диплом ФАИ. Имя О.К.Антонова присвоено Киевскому механическому заводу.