Дмитрий Степанович Антонов родился 26 октября (7 ноября) 1896 года в г. Кирсанове Тамбовской губернии (ГАТО, Метрические книги Ильинской церкви г. Кирсанов). Окончил Кирсановское мужское приходское училище.
В 1916—1917 г. служил фельдшером на фронте.с 20 мая 1917 г. работал в должности младшего помощника 4-й милицейской части г. Тамбова.
В июне 1918 года принял участие в контрреволюционном восстании в Тамбове.
До конца 1918 г. скрывался, после чего примкнул к боевой дружине своего старшего брата А. С. Антонова.Активный участник восстания 1920-21 г. Член Главного оперативного штаба, Командир 4-го Низовского (Нижне-Спасского) полка 2-й Повстанческой армии, председатель Калугинского волостного Союза трудового крестьянства.Погиб в бою с чекистами вместе с братом Александром 24 июня 1922 г. в селе Нижний Шибряй Борисоглебского уезда Тамбовской губернии.