Родился 11 (24) января 1908 года в деревне Малахово (ныне Шимский район Новгородской области). Окончил среднюю школу, учился на рабфаке электротехнического института в Ленинграде (с 1991 года - Санкт-Петербург). С 1 мая 1931 года в рядах Красной Армии, призван Пушкинским РВК (Ленинградская область). В 1933 году окончил Ленинградскую военно-теоретическую школу лётчиков, в июне 1933 года - ускоренный курс в 14-й школе военных лётчиков (Приволжский военный округ), оставлен в ней лётчиком-инструктором. С 21 августа 1935 года - младший лётчик 31-й ОИАЭ (Приморская авиагруппа), 25 марта 1936 года присвоено воинское звание "лейтенант", с 13 июня 1936 года - командир звена. С 31 января 1938 года служил в Ленинградском военном округе (сначала в 1-й ЛБАЭ), 21 февраля присвоено воинское звание "старший лейтенант", с 20 марта - во 2-й ЛБАЭ, с 31 мая - в 7-м ИАП). С 10 февраля 1939 года - помощник командира 2-й эскадрильи 25-го ИАП (59-я ИАБР).

Участник Советско-Финляндской войны с 19 декабря 1939 по 13 марта 1940 гг. в должности помощника командира эскадрильи 25-го ИАП (59-я ИАБР, ВВС 7-й Армия, Северо-Западный фронт; с 3 января 1940 года - 71-я Особая авиагруппа советских войск в Эстонии). К 20 февраля 1940 года старший лейтенант Я. И. Антонов совершил 58 боевых вылетов (в том числе, 10 - на разведку в тыл противника). Провёл 5 воздушных боёв, сбил 2 самолёта противника лично и ещё 2 в составе группы. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 21 марта 1940 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 491).

Затем продолжал службу в строевых частях ВВС Закавказского военного округа. 26 апреля 1940 года присвоено воинское звание "капитан". С 31 мая 1940 года - исполнял обязанности командира эскадрильи 84-го ИАП. В августе 1941 года участвовал в операции по вводу советских войск в Иран. С 28 сентября 1941 года - в распоряжении Командующего ВВС Закавказского военного округа. 30 июля 1942 года майор Я. И. Антонов назначен командиром 84-А ИАП (сформирован в городе Ереване путём выделения из состава 84-го ИАП). 11 августа 1942 года полк был включён в состав 216-й ИАД и вступил в боевые действия на самолётах И-153. Участник обороны Кавказа.

25 августа 1942 года командир 84-А истребительного авиационного полка (216-я истребительная авиационная дивизия, 4-я Воздушная армия, Северная группа войск Закавказского фронта) майор Я. И. Антонов был сбит в воздушном бою под Моздоком, попал в плен, дальнейшая судьба не известна. Приказом Главного Управления формирования и укомплектования войск Красной Армии от 24 января 1943 года исключён из списков Красной Армии, как пропавший без вести.

Награждён орденами: Ленина (21.03.1940), Красного Знамени (15.01.1940).