С 1945 года — контрольный мастер, начальник цеха, диспетчер, начальник отдела, главный инженер Боровичского механического завода (Новгородская область).
Затем (до 1955 года) — директор Боровичского механического завода (Новгородская область).
1955—1956 годы — председатель Исполнительного комитета Боровичского городского Совета (Новгородская область).
1960—1966 годы — секретарь Новгородского областного комитета КПСС.
1966—1972 годы — председатель Исполнительного комитета Новгородского областного Совета.
С 4 мая 1972 по 27 октября 1986 года —первый секретарь Новгородского областного комитета КПСС.
1976—1989 годы — кандидат в члены ЦК КПСС, избран XXV (1975), XXVI (1981) и XXVII (1986) съездами партии.
С октября 1986 года — на пенсии. Проживал в Новгороде.
Скончался 2 ноября1996 года. Похоронен на Рождественском кладбище Великого Новгорода.
Период руководства Николаем Афанасьевичем Антоновым Новгородской областью характеризуется очень неоднозначно. Параллельно с развитием промышленного потенциала Новгородской области в его бытность первым секретарём Новгородского обкома КПСС по целому ряду моментов происходит заметное ухудшение уровня жизни людей в Новгороде и Новгородской области: появляется большой дефицит различных продуктов питания и товаров, магазины начинают стремительно пустеть, что очень чётко стало ощущаться уже с 1973–1975 годов. В Новгороде из свободной продажи в магазинах государственной торговли практически полностью исчезает мясная продкуция по государственным ценам, новгородцам приходится регулярно ездить за продуктами в Ленинград, что становится почти повседневностью для многих людей. Даже многие бывшие руководители партийных и советских органов Новгорода и Новгородской области констатируют, что и они сами, занимая такие должности, тем не менее, также (пусть, может, и в меньшей степени) ощущали дефицит продуктов и товаров и также периодически практиковали поездки в Ленинград с целью закупиться продуктами питания и какими-то дефицитными товарами. Дефицит мясной продукции и многого другого в Новгороде и Новгородской области стал ощущаться очень остро, но при этом каких-то конкретных мер со стороны высших руководителей Новгородской области для преодоления подобных трудностей и улучшения уровня снабжения населения Новгорода и Новгородской области продуктами питания и товарами не просматривалось. Социально-экономическая обстановка и настроения людей в Новгороде и Новгородской области сильно ухудшались. Эти моменты очень негативно характеризуют период пребывания Н.А.Антонова в должности первого секретаря Новгородского обкома КПСС.
За всю историю современной Новгородской области с момента её образования в 1944 году Николай Афанасьевич Антонов являлся единственным высшим должностным лицом Новгородской области, родившимся в Новгородской области, будучи коренным её жителем. Все другие высшие руководители Новгородской области советского и постсоветского времени не являлись и не являются по происхождению коренными жителями Новгородской области.