Antonini memulai karirnya di [[A.C. Milan|Milan]], aslinya adalah pemain sayap, bermain selama 11 tahun di tim junior Milan.<ref name="Interview">{{cite news |title=Milan, Luca Antonini: il ritorno a casa di un rossonero doc |url=http://www.calcioblog.it/post/6010/milan-luca-antonini-il-ritorno-a-casa-di-un-rossonero-doc |author=Luca Rosato |work=calcioblog.it |date=6 November 2008 |accessdate=10 February 2010 |language=Italian}}</ref> Pada awal musim 2001-02, dia dipinjamkan ke klub SeriSerie C2 [[A.C. Prato|Prato]], klub dimana dia membuat debut profesionalnya, 26 kali tampil dan mencetak 3 gol.<ref name="Profile">{{cite web |title=Luca Antonini |url=http://www.acmilan.com/LM_Actor.aspx?idSquadra=3&idStagione=17&idPersona=448&name=Antonini%20Luca |work=acmilan.com |publisher=[[A.C. Milan|Associazione Calcio Milan]] |accessdate=10 February 2010}} {{Dead link|date=October 2010|bot=H3llBot}}</ref> Tahun berikutnya, dia tampil 17 kali dan membuat satu gol di musim pertamanya di [[Serie B]], selama masa pinjaman di [[A.C. Ancona|Ancona]].<ref name="Profile"/> Tim tersebut promosi ke [[Serie A]] dan Antonini berkontribusi signifikan dengan menjadi pemain inti di paruh musim kedua musim itu.<ref>A list of the league games played by Antonini that season can be found [http://aic.football.it/dettaglio/18054/17986/18066/18081/18086/18105/18036/18106/18117/18126/18136/18153/18156/18174/18176/18186/18197/=1818054|17986|18066|18081|18086|18105|18036|18106|18117|18126|18136|18153|18156|18174|18176|18186|18197 here].</ref>
