Urodzony w Ferrarze. Na Uniwersytecie w Bolonii studiował handel i ekonomię. Od 1939 roku pracował dla czasopisma "Cinema", jednocześnie studiując reżyserię. Jego najwcześniejsze projekty to filmy krótkometrażowe i dokumentalne, utrzymane w duchu neorealizmu. Pierwszy film fabularny nakręcił w 1950 roku, była to "Kronika pewnej miłości" (Cronaca di un amore). W 1960 otworzył trylogię, która stała się jego przepustką do sławy i uznania. Pierwsza była "Przygoda" (L'Avventura) a po niej "Noc" (La Notte) i "Zaćmienie" (L'Eclisse). Sukces tej trylogii otworzył Antonioniemu drogę do Wielkiej Brytanii, gdzie nakręcił kolejny nagrodzony film - "Powiększenie" (Blowup, 1966). W 1970 w Stanach Zjednoczonych zrealizował "Zabriskie Point", a pięć lat później - "Zawód reporter" (Professione: reporter). W 1995 we współpracy z Wimem Wendersem nakręcił "Po tamtej stronie chmur" (Al di la' delle nuvole). Jego ostatnim obrazem była jedna z trzech etiud składających się na film "Eros" pod tytułem "Il filo pericoloso delle cose". Pozostałe dwie etiudy nakręcili Steven Soderbergh i Wong Kar Wai. We wczesnym okresie swojej kariery Michelangelo Antonioni był nazywany "spadkobiercą neorealizmu". Szybko jednak odciął się od tego nurtu. W swoich filmach koncentrował się na trudnych ludzkich emocjach w kontekście skomplikowanych związków międzyludzkich. Fascynował go motyw przemiany, poszukiwania własnej tożsamości, doświadczenie rozpadu i pustki. Jego ulubioną aktorką była Monica Vitti. Oprócz reżyserii, Antonioni zajmował się również produkcją, pisaniem scenariuszy i malarstwem. Jedną z jego wielkich pasji była architektura. W 1985 roku przeszedł wylew, po którym pozostał częściowo sparaliżowany. Przez długi czas nie był w stanie zrealizować do końca żadnego większego projektu fabularnego, aż do chwili powstania "Po tamtej stronie chmur". Na swojego Oskara Antonioni czekał bardzo długo. Otrzymał wyróżnienie za całokształt twórczości dopiero w 1995 roku. Niestety, rok później złodzieje włamali się do jego domu w Rzymie i ukradli statuetkę. Zmarł w szacownym wieku 95 lat, tego samego dnia, co inny wybitny reżyser kina artystycznego - Ingmar Bergman.