Родился 17 февраля (2 марта) 1910 года в городе Лебедянь Лебедянского района Липецкой области (Россия) в семье лесника. Русский. Окончил школу-семилетку. С ноября 1924 года учился в Лебедянском педагогическом училище, которое окончил в 1928 году. С сентября 1928 года по октябрь 1929 года работал школьным работником 1-й ступени (учителем) в школе 1-й ступени села Вислая-Поляна Большеполянского района Орловской области, с октября 1929 года по январь 1930 года работал школьным работником (учителем) в школе 1-й ступени села Черепянь Лебедянского района Рязанской (ныне Липецкой) области. В 1930 году переехал в Москву, где по март 1933 года работал на заводе "Серп и Молот" в канатном цеху машинистом. С марта 1933 года по август 1933 года работал в Завкоме завода "Серп и Молот" председателем цехового комитета канатного цеха.
В РККА с 1 августа 1933 года.
Окончил Высшую Школу морских летчиков и летнабов в г. Ейске (учился с августа 1933 года по декабрь 1933 года).
Окончил 9-ю школу военных пилотов в г. Ворошиловграде (учился с декабря 1933 года по декабрь 1935 год).
В декабре 1935 года ему было присвоено воинское звание «лейтенант».
С 14 декабря 1935 года командовал звеном в 35-й истребительной авиационной эскадрилье 56-й истребительной авиационной бригады Киевского военного округа.
Участвовал в национально-освободительной войне в Испании с 31 мая 1937 года по 28 января 1938 года, сначала в качестве командира звена, затем с сентября 1937 года - в качестве командира 1-й эскадрильи 26-й группы истребителей И-15.
Имел псевдонимы «Аркадьев» и «Антонио».
«… В эти дни мы познакомились и быстро сдружились с Женей Антоновым. Этого парня можно заметить и отличить в любой здешней компании. Чего стоит одна внешность: высокий, ходит спокойно, немного вразвалочку, и уже в самой походке чувствуется сила, напористость. Лицо открытое, доброжелательное.
Но внешность - это только внешность. У Жени и характер русский - скромный, неунывающий и по-настоящему мужественный. Присмотревшись к нему однажды, Михаил Якушин сказал:
- Если бы нашего Женю отвезти на Марс, то и там бы сразу сказали: «Ну, это русский!»
Антонов - человек живой. Он любит поплясать и пляшет не лихо, залихватски, а словно пава - подбоченившись, плавно, помахивая над головой платочком. Получается это у него очень смешно. Особенно веселятся испанцы. С ними Женя сдружился. Он обучил их даже игре в «Акулину». Испанцы пытались научить его играть в покер, но Женя неожиданно предложил «Акулину». И научил. Представьте веселье, когда он первый раз повязал проигравшему платок, - «Акулина» тотчас же забыла мудреный покер.
В эскадрилье Женя любимец. Вокруг него всегда люди, шутки, смех. Любит он рассказывать о своем родном городке с милым, поэтичным название Лебедянь. Рассказывает он с таким чувством, я бы сказал, даже со смаком, что все слушают его с завороженной улыбкой.
Слышишь:
- Эх, братцы! Что бы я хотел съесть из мировых гастрономических изделий? Хотите, скажу? Был бы я сейчас в Лебедяни, отрезал бы ломоть ржаного хлеба, к нему бы соленый огурчик, лучше малосольный, - и мне ничего не надо, никакой причуды современной гастрономии!
И все улыбаются: уж очень он «вкусно» говорит о хлебе и огурчике. И уже ходит по эскадрилье поговорка: «А вот у нас в Лебедяни!..» И почти каждый вкладывает в эту поговорку и светлое, теплое чувство, и грусть по далекой Родине: там ведь у каждого из нас осталась своя Лебедянь…»
(Из книги Б. А. Смирнова «Небо моей молодости»)
В бою под Сарагоссой 26 августа 1937 года сбил Хе-45 командира франкистской бомбардировочной группы майора Хосе Переса Прада, который вместе со своим штурманом Сальвадором Бланко Романом был взят в плен*.
Всего совершил около 180 боевых вылетов, сбил 4 самолета.
После возвращения из Испании продолжал служить в Военно-воздушных силах.
19 февраля 1938 года ему было присвоено воинское звание «капитан».
С 16 июня 1938 года служил лётчиком-инспектором Главной Лётной Инспекции при Военном Совете ВВС РККА.
25 апреля 1939 года присвоено воинское звание «майор».
Участвовал в советско-финляндской войне с января 1940 года, был заместителем командира Особой авиагруппы.
Наряду со службой в боевых частях, входил в состав особой пятерки истребителей И-16, предназначенной для показа фигур высшего пилотажа во время парадов и праздников.
В годы Великой Отечественной войны был летчиком-инспектором, помощником начальника Главной инспекция ВВС, помогал лётчикам боевых частей осваивать новые истребители МиГ-3, Як-1 и другие.
25 января 1942 года был назначен на должность старшего инспектора-лётчика истребительной авиации.
24 марта 1942 года ему было присвоено воинское звание «подполковник».
С 3 мая 1942 года служил в должности помощника начальника инспекции ВВС Красной Армии при Заместителе НКО СССР по истребительной авиации.
В полдень 28 июня 1942 года в районе Люберецкого аэродрома испытывал новый модернизированный истребитель Як-1, предназначенный для полковника Василия Сталина - сына И. В. Сталина. При переходе в набор высоты после пикирования, самолет сорвался в штопор, ударился о землю и загорелся. Погибший пилот был похоронен на Донском кладбище города Москва (Россия).
Список известных воздушных побед Е. С. Антонова:
26.08.1937 1 Хе-46 р-н Сарагоссы лично
14.10.1937 1/3 Фиат-32 р-н Бахаралоса в составе звена
14.10.1937 1/гр. Фиат-32 р-н Бахаралоса в составе группы
15.10.1937 1 Ме-109 аэродром Гаррапинильос лично
Награжден орденом Ленина** (02.03.1938), орденом Красного Знамени*** (03.11.1937), орденом Красной Звезды**** (22.02.1941).
Примечания:
* Позже майор Хосе Перес Прадо умер от ран в госпитале.
** Орден имел порядковый № 3600.
*** Орден имел порядковый № 1326.
**** Орден имел порядковый № 19271.