O sete vezes campeão do mundo terminou o dia em Monza com uma melhor volta de um minuto e 20,738 segundos, 0,003 mais rápido do que Lando Norris, da McLaren, que venceu por uma grande margem nos Países Baixos, no passado domingo.
Carlos Sainz foi terceiro num Ferrari melhorado na pista da casa da equipa, sugerindo outra batalha apertada na frente.
Norris é o rival mais próximo do líder do campeonato da Red Bull, Max Verstappen, embora esteja 70 pontos atrás no fim de semana no "Templo da Velocidade", perto de Milão.
Verstappen liderou o primeiro treino com uma volta de um minuto e 21,676 segundos, quase um segundo mais rápida do que a sua referência na mesma fase do ano passado, mas caiu para 14.º na última sessão sem completar uma simulação de qualificação.
Charles Leclerc, da Ferrari, foi o segundo mais rápido na primeira sessão.
O segundo treino foi temporariamente interrompido quando Kevin Magnussen, da Haas, bateu nas barreiras.
Antonelli, que completou 18 anos no passado domingo, interrompeu a primeira sessão ao fim de 10 minutos, quando a traseira do Mercedes saiu da linha na Parabolica de alta velocidade e o carro foi parar às barreiras.
Substituindo o regular George Russell para a sessão numa pista completamente renovada desde o ano passado, Antonelli teve um início encorajador com uma primeira volta limpa como o primeiro piloto.
"Desculpem", disse ele pelo rádio, antes de sair e afastar-se.
"Kimi, tudo bem", respondeu o chefe de equipa Toto Wolff, que mais tarde assegurou aos meios de comunicação social que o acidente não teria qualquer influência na decisão da equipa sobre o piloto.
Antonelli foi para o centro médico para ser examinado e a equipa preparou o carro para a segunda sessão, com Russell a ser o sexto mais rápido depois de uma partida atrasada.
"É uma pena que tenha acabado da forma que acabou. Mas ele (Antonelli) estava no limite, a forçar o limite desde a primeira volta, o que é sempre bom de ver e faz parte da curva de aprendizagem", disse o porta-voz da equipa, Bradley Lord, à Sky Sports.
Espera-se que Antonelli seja confirmado pela Mercedes em breve como o substituto de Hamilton, cinco vezes vencedor em Monza, que se vai mudar para a Ferrari no final da época.
Oscar Piastri, da McLaren, terminou o dia como o quarto mais rápido, depois de o australiano ter sido sexto na primeira sessão, com Leclerc em quinto.
"Para nós, não é diferente de sempre", disse o diretor da McLaren, Andrea Stella, após o primeiro treino.
"Haverá quatro equipas em disputa para vencer a corrida e o primeiro treino também mostrou alguns valores atípicos. Pode ser que alguns carros do meio do pelotão se juntem à festa no topo", acrescentou.
O argentino Franco Colapinto fez a sua estreia como piloto da Williams, depois de a equipa ter abandonado o americano Logan Sargeant, que teve um desempenho fraco, e foi 17.º nas duas sessões.
Colapinto também perdeu o controlo em Parabolica no final da primeira sessão e foi parar à gravilha, mas manteve o carro em andamento e regressou às boxes.
Sergio Pérez, da Red Bull, foi nono e 15.º nas sessões.