18 lipca 1964 został obdarzony tytułem papieskiego prałata domowego.
23 lutego 1968 został mianowany arcybiskupem tytularnym Rusellae i nuncjuszem w Hondurasie i Nikaragui; odebrał sakrę biskupią 12 maja 1968 w rodzinnym Romagnano Sesia z rąk kardynała Amleto Cicognaniego (sekretarza stanu). W czerwcu 1973 został przeniesiony na stanowisko pronuncjusza w Zairze, a w czerwcu 1977 powrócił do pracy w Watykanie; został sekretarzem Administracji Patrymonium Stolicy Świętej. W latach 1988–1995 był nuncjuszem we Francji, a od czerwca 1995 pro-prezydentem Administracji Dóbr Stolicy Apostolskiej. Brał udział w sesjach Światowego Synodu Biskupów w Watykanie.
21 lutego 1998 Jan Paweł II wyniósł go do godności kardynalskiej, z diakonią S. Agnese in Agone. Po nominacji kardynalskiej Antonetti został pełnoprawnym przewodniczącym Administracji Dóbr Stolicy Apostolskiej, ale ze względu na osiągnięcie wieku emerytalnego (75 lat) zrezygnował z tego stanowiska już w listopadzie 1998. Został wówczas mianowany delegatem papieskim przy patriarchalnej bazylice św. Franciszka w Asyżu.