В 1963 году после окончания музыкального училища Юрий Антонов был направлен преподавателем музыки в детскую музыкальную школу в г. Минск, где уже жили его родители. В том же году Антонов устроился аккордеонистом в Белорусскую филармонию. В ноябре 1964 года его призывают в ряды Советской Армии. После окончания службы он возвращается в родную филармонию и организовывает свой первый коллектив. В 1967 талантливого музыканта приметил популярный в те годы певец Виктор Вуячич и пригласил музыкальным руководителем в свой ансамбль. В составе этого коллектива Антонов объездил многие города и села тогдашнего СССР. Во время одного турне в Донецке (в 1969 году) Антонов встретился с музыкантами ленинградского вокально-инструментального ансамбля «Поющие гитары». Получив приглашение работать с ними, согласился и переехал в Ленинград.

В ансамбле «Поющие гитары Юрий Антонов впервые становится вокалистом. Всесоюзную популярность ему приносит песня «Нет тебя прекрасней». В 1971 году творческое сотрудничество с ансамблем прекратилось и Антонов по приглашению его друзей-музыкантов из Москвы, создавших вокально-инструментальный ансамбль «Добры молодцы», переехал в Москву. В 1971 году свет увидела первая пластинка-миньон с песнями Юрия Антонова

Между тем пребывание Антонова и в «Добрых молодцах» оказалось непродолжительным. Из-за творческих разногласий он покинул коллектив и устроился в Росконцерт. В 1971-1975 годах Антонов работал в Росконцерте — в Московском мюзик-холле и в оркестре «Современник» под управлением Анатолия Кролла (бывшем оркестре Эдди Рознера),
В 1974 году Юрий Антонов создал свой собственный коллектив – ВИА «Магистраль» - и ушел в Московскую филармонию. С 1977 по 1983 год работал на Всесоюзной фирме грамзаписи «Мелодия» (1977—1983). Все это время параллельно активно сотрудничает с ВИА «Весёлые ребята», в котором какое-то время играл на клавишных и был одним из ведущих вокалистов. В репертуаре «Весёлых ребят» звучат песни Антонова: «Если любишь ты» и «Ну, что с ним делать» (обе — на стихи Л. Дербенёва) (1972—1973), «Отчего» (на стихи Т. Сашко) и «Третий день (Телефонная связь)» (на стихи О. Гаджикасимова) (1974), "Встреча" (на стихи В. Дюнина) (1976—1977), также выпущенные на пластинках «Весёлых ребят» ВФГ СССР «Мелодия». В дебютном альбоме Давида Тухманова «Как прекрасен этот мир» (1972) Юрий Михайлович записывает ведущую вокальную партию в заглавной композиции альбома — «Как прекрасен этот мир». С ансамблем «Добры Молодцы» записаны песни «Ещё вчера», «Несет меня течение», «Отчего» (все — 1975).

В 1979 году Антонов начинает свое сотрудничество с популярной рок-группой «Аракс», которая в те годы работала в труппе Театра имени Ленинского комсомола и считалась одной из лучших хард-роковых групп в Советском Союзе. Результатом этого сотрудничества стал выход сразу двух миньонов с песнями Антонова («Зеркало», «Я вспоминаю», «Золотая лестница», «Анастасия», «Мечта сбывается», «Двадцать лет спустя», «Не забывай», «Море», и др.), которые мгновенно стали национальными шлягерами.

В 1982 году совместно с поэтом Михаилом Пляцковским им был написан детский мюзикл «Приключения кузнечика Кузи», в том числе песня «Крыша дома твоего», которая делает Антонова одним из самых популярных исполнителей в СССР, впервые певец выходит в финал фестиваля «Песня года» (1983). В 1985 году Юрий Антонов приглашается фирмой «Поларвокс Мюзикл» в Финляндию для записи альбома на русском и английском языке.
В 1985 году с ансамблем «Аэробус», который Антонов организовал вместе с гитаристом Игорем Шабловским, записываются новые песни: «На улице Каштановой», «Я иду тебе навстречу», «Белый теплоход» и др.

Юрий Михайлович Антонов написал песни к кинофильмам «Берегите женщин», «Прежде, чем расстаться»», « Салон красоты», «Приказ», «Незнакомая песня», «Хищники», «Дураки умирают по пятницам» и др.

В 1995 году был принят в члены Союза композиторов.

В 1997—2002 годах Юрий Антонов выходил в финалы фестиваля «Песня года» (в том числе в 1999—2002 со своими песнями прошлых лет).

Сейчас Юрий Михайлович работает в своей студии над новыми компакт дисками, работает с молодыми исполнителями, выступает с концертами. Юрием Михайловичем Антоновым выпущено около 30 пластинок и компакт-дисков общим тиражом более 48 миллионов экземпляров.

Он является председателем правления Объединенного совета по эстетическому и нравственному воспитанию сотрудников Главного Управления по борьбе с организованной преступностью МВД России.