Oscar Piastri, stallkompis med Norris, knep tredjeplatsen.
Antonelli, som leder VM-serien, startade från pole position på Miami International Autodrome, men han förlorade snabbt ledningen i den kaotiska starten till monegasken Charles Leclerc, Ferrari.
Italienaren återtog efterhand ledningen och höll den loppet ut.
Dagens race tidigarelades med några timmar på grund av risken för kraftigt regn.
Nästa VM-deltävling är i Montreal den 24 maj.
