Антониони Микеланджело окончил высшую школу экономики и торговли в Болонье. Начинал как журналист и кинокритик, сотрудничая в журнале «Чинема». Учился в Римском Экспериментальном киноцентре. В 1942 был ассистентом режиссера М. Карне на съемках фильма «Вечерние посетители», написав о нем аналитическую статью «Марсель Карне — парижанин». Был соавтором сценариев фильмов «Пилот возвращается» Р. Росселлини, «Трагическая охота» Де Сантиса, «Белый шейх» Ф. Феллини. Дебютировал как режиссер короткометражного документального фильма «Люди с реки По» (1943-47). В конце 1940–х гг. снял ряд короткометражных документальных фильмов, ставших художественными кинодокументами послевоенной жизни Италии.
Его дебютом в игровом кино стал полнометражный фильм «Хроника одной любви» (1950). Снятые им вслед за ним мелодрамы и психологические драмы «Побежденные» (1952, фильм в трех новеллах), «Дама без камелий» (1953), «Попытка самоубийства» (1953, новелла в альманахе «Любовь в городе») выявили в нем художника психологической школы. В фильме «Подруги» (1955), экранизации рассказа Ч. Павезе, впервые проступили черты реальности киномира автора. Эта реальность во многом противостоит фиксации фабульного повествования, проявляя себя во внесюжетных элементах — паузах, визуальных характеристиках героев, преимущественно героинь, их внутреннем состоянии. После фильма «Крик» (1957) (другое прокатное название «Отчаяние») снимает «Приключение» (1959), в котором авторская эстетика получает исчерпывающее смысловое выражение. Скрывающий природу вещей окружающий мир оказывается более непознаваемым в основе своей, нежели внутренние взаимоотношения героев фильма. Фильм открыл собою знаменитую тетралогию автора — «Ночь» (1960), «Затмение» (1962), «Красная пустыня» (1964), за которую режиссер был несправедливо наречен своего рода певцом некоммуникабельности, тогда как атрофия чувств, вернее, их проявлений у его героев была следствием как процессов, характерных для Италии периода процветания, так и глобального отчуждения современного человека от мироздания. Кинематограф Антониони в 1960–е гг. стал характерным проявлением духовного состояния человека в современном мире, правомерно заслужив репутацию общекультурного явления 20 в.
Снискав славу художника мирового гражданства, Антониони после 1965 снимает за пределами Италии. В его английском фильме «Блоу-ап» («Фотоувеличение») (1967) по рассказу Х. Кортасара «Слюни дьявола» с гениальным мастерством воплощена основополагающая авторская идея: причинно–следственная связь явлений в мире решительно противится любой визуальной запечатленности. В игровом фильме «Забриски-Пойнт» (1969) и документальном фильме «Чунг Куо» («Китай») (1972) глазами Антониони показаны современные США и Китай в явно сочувственном к молодежному движению хиппи в первом случае и столь же дистанцированном от азиатских реалий — во втором. Снятый в Италии фильм «Профессия: репортер» (1974), отчасти повествовавший о криминализации освободительной борьбы в Африке, большей частью был посвящен излюбленной авторской мысли: адекватная картина реальности не установима, вплоть до невозможности идентифицировать даже главного героя произведения. «Антологизм», проявившийся в этом фильме так или иначе свойствен исторической телемелодраме «Тайна Обервальда» (1979) и «Идентификации женщины» (1982). После долгого перерыва, вызванного тяжелой болезнью с необратимой потерей речи, совместно с Вимом Вендерсом снял фильм «Над облаками» (1995) по мотивам глав собственной книги «Тот кегельбан над Тибром». Соавтор сценариев всех своих фильмов. В 1995 был удостоен премии «Оскар» за выдающийся вклад в киноискусство.
В 1985 г. у режиссёра случился инсульт. Мастер остался нем и частично парализован до конца жизни. Микеланджело Антониони скончался в возрасте 94 лет 30 июля 2007 года