Antonelli ha militato nel settore giovanile del [[Associazione Calcio Monza Brianza 1912|Monza]] e del [[Associazione Calcio Milan|Milan]], dove è stato anche [[capitano (calcio)|capitano]] della squadra [[Campionato Primavera|Primavera]].<ref>{{cita web |url=http://www.asbari.it/societa/archivio-news/369-mercato-parla-luca-antonelli-difensore-del-milan.html |autore=Franco Cirici |titolo=Mercato, parla Luca Antonelli difensore del Milan |editore=asbari.it |data=20 luglio 2007 |accesso=22 agosto 2010}}</ref> Ha debuttato con il Milan l'8 novembre [[2006]] nella partita di [[Coppa Italia]] Milan-[[Brescia Calcio|Brescia]] (4-2) entrando in campo all'inizio del secondo tempo.<ref>{{cita web |url=http://www.acmilan.com/LM_Match_Stats.aspx?idIncontro=1651 |titolo=Milan - Brescia 4 - 2 |editore=acmilan.com |data=8 novembre 2006 |accesso=22 agosto 2010}}</ref> L'esordio in [[Serie A]] è avvenuto a 19 anni, in [[Udinese Calcio|Udinese]]-Milan (0-3) del 23 dicembre 2006,<ref>{{cita web |url=http://www.tetractis.it/speciali/calcio/serie_a/2010/scheda_giocatore.shtml?85248 |titolo=Luca Antonelli |editore=tetractis.it |accesso=22 agosto 2010}}</ref> quando è sceso in campo all'85' per sostituire [[Clarence Seedorf]].<ref>{{cita web |url=http://www.legaseriea.it/it/serie-a-tim/match-report/-/match-report/Udinese-Milan/21253 |titolo=Stagione 2006-07 - 18ª Giornata - Udinese-Milan 0-3 |editore=legaseriea.it |accesso=22 agosto 2010}}</ref>
Nell'estate [[2007]], è stato ceduto in prestito al [[Associazione Sportiva Bari|Bari]] in [[Serie B]], dove nella prima parte della stagione ha ottenuto 17 presenze in campionato realizzando 1 gol. Il 31 gennaio [[2008]] il Milan lo ha girato in prestito al [[Parma Football Club|Parma]] con diritto di riscatto a favore dei ducali che in [[estate]], dopo la retrocessione in Serie B, lo hanno preso in comproprietà con i rossoneri.<ref>{{cita web |url=http://www.fcparma.com/it/NewsDetail.aspx?Id=86873 |titolo=Antonelli in compartecipazione con il Milan |editore=fcparma.com |data=9 giugno 2008 |accesso=9 giugno 2008}}</ref>
