Kimi mulai mengenal dunia balap sejak kecil dan menunjukkan potensi besar saat mulai berkompetisi di karting.
Mercedes mulai memantau Antonelli sejak masih berada di level karting. Ia kemudian bergabung dengan program junior Mercedes dan menjalani perkembangan karier yang terbilang cepat. Antonelli berhasil meraih sejumlah gelar di kategori junior sebelum naik kelas ke Formula.
Pada 2022, Antonelli menjadi juara Formula 4 Italia dan ADAC Formula 4 Jerman. Setahun kemudian, ia kembali menunjukkan dominasinya dengan meraih gelar Formula Regional Middle East dan Formula Regional European. Deretan prestasi tersebut membuat Mercedes semakin yakin terhadap potensinya.
Antonelli kemudian langsung naik ke Formula 2 pada 2024, tanpa lebih dulu menjalani satu musim di Formula 3. Meski menghadapi persaingan ketat, ia mampu meraih kemenangan sprint race di Silverstone dan feature race di Hungaroring. Performa tersebut memperkuat peluangnya untuk segera promosi ke Formula 1.
Kesempatan itu datang setelah Lewis Hamilton memutuskan meninggalkan Mercedes dan bergabung dengan Ferrari pada 2025. Mercedes memilih Antonelli untuk mengisi kursi yang ditinggalkan Hamilton dan mendampingkan pembalap muda Italia tersebut dengan George Russell.
