L'Italien, qui peut décrocher son premier titre mondial en cas de succès dimanche, a devancé les deux Red Bull du Néerlandais Max Verstappen et du Français Isack Hadjar.
Antonelli, leader du championnat qui doit absolument s'imposer et compter sur des contre-performances de ses deux premiers poursuivants anglais, George Russell (Mercedes) et Lewis Hamilton (Ferrari), pour être sacré, a décroché sa septième pole position de la saison, la première depuis le GP de Belgique il y a plus de trois mois.
Jamais le plus rapide lors des essais ce weekend, le natif de Bologne n'a pas flanché sous la pression et a appuyé sur l'accélérateur au meilleur moment pour surclasser Verstappen, qui restait sur deux pole positions et deux victoires en Malaisie et à Singapour.
"Je suis très content de mes qualifications et de ma Q3 car c'était difficile avec le vent. On est en pole donc évidemment on va essayer de gagner. Max a été très rapide ici donc ça ne sera pas simple, je vais essayer de prendre un bon départ et rester en tête après le premier virage", a expliqué Antonelli.
Les Ferrari du Monégasque Charles Leclerc et de Hamilton, qui avaient dominé les trois séances d'essais, ont dû se contenter des quatrième et cinquième chronos.
Russell, qui tentera de retarder le sacre de son coéquipier, a seulement signé le sixième temps, devant les deux McLaren de l'Australien Oscar Piastri et du champion du monde en titre britannique Lando Norris.
Le Top 10 des qualifications est complété par les Racing Bulls de l'Anglais Arvid Lindblad et du Néo-Zélandais Liam Lawson.
Pierre Gasly (Alpine) a manqué le passage en Q3 pour seulement 22 millièmes de seconde, mais il s'élancera en dixième position car Lindblad s'est vu infliger cinq places de pénalité pour avoir changé le moteur thermique de sa voiture.
Le troisième pilote français, Esteban Ocon (Haas), n'a pu faire mieux que le 17e chrono des qualifications, mais il s'élancera au 15e rang car l'Argentin Franco Colapinto (Alpine) et le Brésilien Gabriel Bortoleto (Audi) ont eux aussi été pénalisés pour avoir changé des pièces sur leur monoplace.