Michelangelo Antonioni nait le 29 septembre 1912, à Ferrare (Emilie-Romagne). Il part à l'âge de 27 ans pour Rome, en 1939, ville où il passera le restant de sa vie.
En 1941, il devient assistant réalisateur de Marcel Carmé pour Les Visiteurs du soir puis il travaille comme coscénariste avec Giuseppe De Santis, Roberto Rosselini et Federico Fellini.
Son premier long métrage est Chronique d'un amour en 1950. Dix ans plus tard, l'Avventura gagne un prix à Cannes. Son film La Nuit remporte l'Ours d'or à Berlin en 1961, et l'Eclipse reçoit le Prix spécial du jury en 1962. En 1964, Le Désert Rouge est son premier film en couleur. Celui-ci marque l'ouverture vers des recherches plastiques sidérantes de sophistication. En 1967, Blow up reçoit la Palme d'or à Cannes. En 1975, il tourne avec Jack Nicholson et Maria Schneider Profession reporter, et en 1982 Identification d'une femme.
En 1983, Michelangelo Antonioni reçoit un Lion d'or à Venise pour l'ensemble de son œuvre. En 1985, à l'age de 73, il est victime d'une attaque qui le paralyse partiellement et l'empêche de parler et ne réalisera dès lors plus qu'un seul long métrage, aidé par Wim Wenders (Par delà les Nuages, 1995). En 2004, il réalise Eros, son dernier film un court métrage faisant partie d'un triptyque avec Wong Kar-Wai et Steven Soderbergh.
Il meurt le 30 juillet 2007 à Rome, le même jour que Ingmar Bergman.
Ses œuvres ont révélé ou confirmé de grandes actrices parmi elles : Lucia Bosé, Jeanne Moreau, Monica Vitti, Vanessa Redgrave, Maria Schneider notamment.