У 1958—1963 роках була акторкою кіностудії «Ленфільм», потім переїхала до Києва, ставши з 1963-го акторкою кіностудії імені О. Довженка. Багато років Ніна Антонова знімалася у фільмах свого чоловіка, режисера Анатолія Буковського. Найважливішої у творчій біографії акторки стала головна роль у багатосерійному телевізійному фільмі «Варчина земля», що вийшов на екрани в 1969 році. Фільм Анатолія Буковського був присвячений молоді, проблемам вибору професії і місця в житті. Героїня Антонової, Варя Кравець, після закінчення школи залишається в рідному колгоспі. Тут їй доведеться зустріти перше кохання, перенести втрату коханого, здолати кризу.
Ще однією помітною роботою Ніни Антонової в кіно стала головна роль у пригодницькому фільмі Анатолія Буковського «Провал операції „Велика ведмедиця“». Акторка зіграла сільську вчительку Марію Шевчук, яка допомагає в післявоєнні роки викрити банду Рена, що орудує на території Західної України.
Ніна Антонова знімалася в усіх стрічках чоловіка: «Сумка, повна сердець» (Луїза Калашникова), «Бур'ян» (Христя Мотузка), «Лада з країни берендеїв» (принцеса Магот), «Тут нам жити» (Катерина Богорад), «Небо-земля-небо» (Галина Раменська), «Підпільний обком діє» (Марія), «Візит у Ковалівку» (Ірина Стрельникова), «Володьчине життя» (Катерина Плесова), «Повернення» (Рогачова) та в останньому фільмі А. Буковського — гостросюжетному детективі «Особиста зброя», де вона зіграла роль Розинської. Знімалася також у Леоніда Бикова («Ати-бати, йшли солдати...»), Анатолія Матешка («Зелений вогонь кози»), Михайла Бєлікова («Розпад») та інших українських режисерів.
В останні роки Ніни Антонова активно знімається в телесеріалах («Територія краси», «Здрастуй, мамо», «Нюхач» та багато ін.).
У 2016 році син Ніни Антонової та Анатолія Буковського Сергій Буковський зняв про акторку документальний фільм «Головна роль», який був відзначений українською національною кінопремією«Золота дзиґа» 2017 року у категорії «Найкращий документальний фільм»[1]. У липні 2017 року фільм було включено до програм національного та конкурсу європейських документальних фільмів на 8-му Одеському міжнародному кінофестивалі[2][3]. У травні 2018-го актрису Ніну Антонову, звукорежисера Ігоря Барбу та кінооператора Анатолія Химича за фільм «Головна роль» нагороджено Мистецькою премією «Київ» ім. Івана Миколайчука[4].
