Direttore della sezione Processi Cognitivi e Nuove Tecnologie dell'Istituto di Psicologia del CNR, da più di trent'anni Antinucci è impegnato in ricerche sul linguaggio, il pensiero e il loro sviluppo nei bambini e negli esseri umani.

Ha insegnato Psicolinguistica all'Università di Roma "La Sapienza" e "Teoria e Tecnica dei nuovi media" al Politecnico di Milano, ed è stato affiliato al Dipartimento di Psicologia dell'Università di California a Berkeley e al Palo Alto Research Center (Parc) della Xerox.
Antinucci ha trascorso la maggior parte degli anni Ottanta in Africa, prima in Somalia, e poi in Mali tra i Dogon.
Negli anni Novanta è tornato in California. La sua attività di ricerca è focalizzata sui processi di elaborazione, comunicazione e apprendimento delle conoscenze, in relazione all'uso delle nuove tecnologie interattive basate su calcolatore.
In quest'ambito, ha progettato e diretto la realizzazione di sistemi ipermediali e di realtà virtuale.
Ha diretto e tuttora dirige numerosi progetti per l'applicazione delle nuove tecnologie nel settore dei beni culturali e della scuola, ed è membro della Commissione nazionale del Ministero della Pubblica Istruzione per la riforma del curriculum nella nuova scuola dell'obbligo.
Dirige il progetto La Basilica Ulpia, parte di un progetto per ricostruire virtualmente l'intera area dei Fori Imperiali a Roma, con la partecipazione di molti autori tra archeologi e tecnici della Soprintendenza ai Beni Artistici del Comune di Roma, ricercatori della sezione Processi Cognitivi e Nuove Tecnologie dell'Istituto di Psicologia del CNR, e i tecnici grafici e programmatori della società Infobyte di Roma.

• Cognitive structure and development in nonhuman primates (a cura di Francesco Antinucci) Hillsdale, 1989

• Poesia orale somala: storia di una nazione (a cura di Francesco Antinucci e Axmed Faarax Cali Idaajaa) Ministero degli affari esteri-Dipartimento per la cooperazione allo sviluppo, 1986

• Fondamenti di una teoria tipologica del linguaggio Il Mulino, 1977

• Psicolinguistica : percezione, memoria e apprendimento del linguaggio (a cura di Francesco Antinucci e Cristiano Castelfranchi) Il Mulino, 1976

• Lo sviluppo della negazione nel linguaggio infantile: uno studio pragmatico con Virginia Volterra, Il Mulino, 1975

• Elementi di grammatica con Domenico Parisi, Boringhieri, Torino

• Computer per un figlio: giocare, apprendere, creare Laterza, 1999

• "Tv generalista, tv tematica, Internet: c'è posto per tre?" in Telema, n. 20, Anno VI, Primavera 2000, pp.92-95

• "Il sistema comunicativo del Museo dei Fori Imperiali", in Ricerca e Futuro, 2000, n. 16, pp.46-49.