Giovanni Antonini wurde in Mailand geboren und studierte an der Civica Scuola di Musica und am Centre de Musique Ancienne in Genf. Er ist Gründungsmitglied des Barockensembles Il Giardino Armonico, das er seit 1989 leitet. Mit diesem Ensemble ist er als Dirigent und Solist auf der Blockflöte und Traversflöte in Europa, den Vereinigten Staaten, Kanada, Südamerika, Australien, Japan und Malaysia aufgetreten.
Er ist mit vielen renommierten Künstlern aufgetreten, darunter Cecilia Bartoli, Kristian Bezuidenhout, Giuliano Carmignola, Isabelle Faust, Sol Gabetta, Sumi Jo, Viktoria Mullova, Katia und Marielle Labèque, Emmanuel Pahud und Giovanni Sollima. Giovanni Antonini ist bekannt für seine raffinierten und innovativen Interpretationen des klassischen und barocken Repertoires und ist regelmäßig zu Gast bei den Berliner Philharmonikern, dem Concertgebouworkest, dem Tonhalle Orchester, dem Mozarteum Orchester, dem Gewandhausorchester Leipzig, dem London Symphony Orchestra, der Tschechischen Philharmonie und dem Chicago Symphony Orchestra.
Zu seinen Opernproduktionen gehören Händels „Giulio Cesare in Egitto“ und Bellinis „Norma“ mit Cecilia Bartoli bei den Salzburger Festspielen. Im Jahr 2018 dirigierte er „Orlando“ am Theater an der Wien und kehrte für Mozarts „Idomeneo“ an das Opernhaus Zürich zurück. Im Jahr 2019 dirigierte er „Giulio Cesare“ an der Scala und kehrte 2021 für „Così fan tutte“ und 2024 für L’Orontea dorthin zurück. Auch ans Theater an der Wien kehrte er 2021 mit Cavalieris „Rappresentatione di anima, et di corpo“ zurück. In der Saison 2025/26 dirigiert er „Le Nozze di Figaro“ am Liceu Barcelona und Pugnanis „Werther“ mit dem Mozarteum Orchester. Er arbeitet mit dem Luzerner Sinfonieorchester, dem Oslo Philharmonic, dem Finnish Radio Symphony Orchestra und kehrt zu den Bamberger Symphonikern und für zwei Projekte mit der Tschechischen Philharmonie sowie der Tschechischen Jugendphilharmonie zurück. Il Giardino Armonico ist Ensemble in Residence in der Wigmore Hall London und tritt während der gesamten Saison regelmäßig auf.
Mit Il Giardino Armonico hat Giovanni Antonini zahlreiche CDs mit Instrumentalwerken von Vivaldi, J. S. Bach, Biber und Locke für Teldec aufgenommen. Für Naïve hat er Vivaldis Oper „Ottone in villa“ aufgenommen, und für Decca hat er 2 CDs mit Julia Lezhneva eingespielt. Bei Alpha Classics (Outhere Music Group) veröffentlichte er verschiedene Alben, darunter „La Morte della ragione“, mit denen er sein Interesse an der Musik der Renaissance durch Sammlungen von Instrumentalmusik aus dem 16. und 17. Jahrhundert bekundet. Mit dem Kammerorchester Basel hat er sämtliche Sinfonien von Beethoven für Sony Classical aufgenommen und mit Emmanuel Pahud eine CD mit Flötenkonzerten unter dem Titel „Revolution“ für Warner Classics.
Giovanni Antonini ist künstlerischer Leiter des Projekts Haydn2032, das mit dem Ziel ins Leben gerufen wurde, mit Il Giardino Armonico und dem Kammerorchester Basel sämtliche Sinfonien von Joseph Haydn bis zum 300. Geburtstag des Komponisten aufzuführen und einzuspielen. Nach etwas mehr als der Hälfte des Projekts sind die ersten 17 Alben beim Label Alpha Classics erschienen.