Antonova 1945-ben diplomázott, és már abban az évben a Puskin Múzeumban kezdett el dolgozni aspiránsi minőségben. 1961-ben átvette a főként külföldi műalkotásokat bemutató múzeum irányítását, 2013-as távozásakor pedig az orosz állami múzeumok főkurátora lett.
Igazgatása idején Antonova kulcsszerepet játszott abban, hogy a szovjet és az orosz közönség megismerhesse a nemzetközi művészeket is, kezdeményezésére 1967 óta évente rendeznek tudományos szimpóziumot a nyugat-európai művészettörténetről. Továbbá
az ő közbejárására állíthatták ki – a Szovjetunióban először – a Puskin Múzeumban a Mona Lisát, és az ő irányítása alatt szervezték át az állandó kiállítást.
Több ismert tárlat megrendezése is Antonova nevéhez köthető: 1981-ben a Moszkva-Párizs 1900-1930, 1996-ban a Moszkva-Berlin 1900-1950, ugyanebben az évben a Trója kincsei Heinrich Schliemann ásatásairól, 2010-ben a Picasso, 2013-ban pedig a Tiziano című kiállítás. A 2000-es évek környékén is aktív szerepet vállalt a gyűjtemények rendszerezésében, felügyelete alatt nyílt az antik, középkori és reneszánsz szobrok másolatait bemutató Ivan Cvetajev Múzeum, a Puskin Múzeum intézettörténeti terme és Richter emléklakás, de nagy figyelmet szentelt a 19-20. század legjelentősebb európai és amerikai művészeinek is.
Utódját, Marina Losakot Antonova maga ajánlotta a Puskin Múzeum élére.
Fejléckép: Irina Antonovna (forrás: Moszkvai Puskin Múzeum)