Народився 1834 року (за іншими джерелами, в 1830-му) в Чорнобилі. Майбутній український історик був сином полячки Моніки Гурської і угорця Яноша Джідая, котрі працювали вихователями в дворянських сім’ях. Дитину записали на прізвище офіційного чоловіка Моніки — безземельного шляхтича Боніфація Антоновича. Навчався він у Одеській гімназії, а згодом у Київському університеті: спочатку на медичному факультеті (після закінчення якого в 1854 році недовго служив лікарем у Київській губернії), потім на історико-філологічному. Випускник знаменитого ВНЗ одночасно з викладацькою діяльністю в середніх навчальних закладах під впливом професорів Максимовича і Іванішева досліджував київський архів і працював у Київській археолого-графічній комісії. Ця робота тривала майже все життя, була тісно пов’язана з історичною науково-літературною діяльністю. 1870 року після захисту магістерської дисертації на тему: “Останні часи козацтва на правому боці Дніпра”) Володимир Антонович став доцентом Київського університету, а потім, у 1878-му,— ординарним професором (після захисту докторської дисертації: “Нарис історії великого князівства Литовського до смерті Ольгерда”). Професором Київського університету імені святого Володимира Антонович залишався до самої смерті (8 березня 1908 року), лише за кілька років перед тим припинивши читання лекцій.

Видав дев’ять томів архіву Південно-західної Росії, котрі містять акти, що стосуються внутрішнього українського життя, переважно історії козацтва, а також низку інших свідчень про українську історію.

Окрім історії, вчений серйозно займався ще й етнографією та археологією. З етнографічних праць особливо відомі: “Історичні пісні малоросійського народу” (видані разом із Михайлом Драгомановим), що перевершили за повнотою і ретельністю наукової обробки все, доти надруковане на цю тему, “Акти про чаклунство” і засноване на них історичне дослідження.

Антоновича можна назвати батьком наукової української археології. Він провів безліч археологічних розкопок і склав низку рефератів для археологічних з’їздів і досліджень про місцеві кургани, городища, печери кам’яного століття, скельні пещери, вироби бронзового століття, монетні скарби і таке інше. Предметом його особливого науково-історичного і археологічного інтересу був Київ з його околицями. Археологічний і нумізматичний кабінети Київського університету завдяки працям Антоновича належали до першорозрядних. Він же склав археологічні карти Київської і Волинської губерній.

Професор Антонович був неймовірно скромний і глибоко народний за внутрішнім відчуттям і поведінкою.
Письменник Володимир Винниченко якось приїхав познайомитися з професором. У квітнику біля будинку Володимира Антоновича, на розі вулиць Кузнецької і Жилянської, працював якийсь непримітний дідусь. Винниченко попросив його занести валізу до будинку. Дав старенькому 20 копійок і велів покликати професора.

— Професор перед вами,— почув у відповідь. — Але грошей не віддам, тому що кожна праця повинна бути оплачена.
Таких історій-анекдотів про професора Антоновича в Києві ходило чимало. Захворівши на туберкульоз хребта, він звернувся до відомого в місті лікаря.

— Ти, голубе, напевно, випиваєш дуже? — поцікавився той, окинувши поглядом потертий одяг і зморщені чоботи пацієнта. Кидай. Чим займаєшся, чим живеш?
— Служу в університеті, читаю лекції.

Народником не тільки за переконаннями, а і в повсякденному житті Володимир Антонович став ще наприкінці 1850-х. Він тоді очолив групу з півтора десятка студентів, що походили з благородних сполячених сімей Правобережної України. Їх звинувачували в зраді й презирливо обзивали “холопоманами” (по-польськи селянин — холоп). Вони випускали рукописну газету, читали лекції, організовували українські недільні школи. У Києві в такій школі навчалися двоє родичів Тараса Шевченка. Їх “холопомани” утримували власним коштом. “Соромно жити в краї і не знати ні про нього, ні про його народ”,— вважали вони. І на канікулах пішли мандрувати селами. У 1857—1859 роках Володимир Антонович з приятелем Фадеєм Рильським — батьком майбутнього поета Максима Рильського — в селянських свитах пішки обійшли Київщину, Волинь, Поділля, Холмщину, Єкатеринославщину і Херсон.

Помер професор, чудовий історик і археолог, 21 березня 1908 року, похований на Байковому кладовищі.