Актриса Нина Антонова дебютировала в кино в 1958 году в фильме «Военная тайна» по одноименной повести Аркадия Гайдара. В нем она сыграла пионервожатую Натку Шагалову — скромную девушку, чьи отношения со сверстниками складываются непросто. Широкую известность Антоновой принесла лента «Варькина земля», снятая ее мужем Анатолием Буковским. Именно в его картинах она сыграла свои лучшие роли: «Провал операции «Большая медведица», «Сумка, полная сердец», «Володькина жизнь» и многие другие работы.

В 90-е годы советский кинематограф прекратил свое существование, а киностудия им. Довженко, на которой Антонова проработала большую часть своей жизни, разорилась. Последней значимой работой актрисы стала роль Степаниды в детективе режиссера Анатолия Иванова «Игра всерьез». После чего она на долгие годы исчезла с экранов. В 2000-е Антонова мелькала на экране в телесериалах. В основном — в эпизодических ролях, например в третьем сезоне «Возвращения Мухтара». В 2017 году Антонова стала лауреатом премии «Золотой Дюк» как лучшая актриса за документальный фильм «Главная роль». Ленту про саму актрису, ее жизнь на экране и за его пределами снял ее сын Сергей Буковский.

2 декабря 2020 года Антоновой исполняется 85 лет.