20-åringen säkrade sin sjunde pole position för säsongen efter att ha varit 0,179 sekunder snabbare än konkurrenten Max Verstappen.
Antonelli tar hem förarmästerskapet om han vinner i Austin på söndagen – under förutsättning att hans Mercedes-stallkamrat George Russell hamnar utanför topp åtta och att Lewis Hamilton hamnar utanför topp fyra.
Antonelli leder över Russell med 102 poäng i mästerskapet och siktar på att bli Formel 1:s yngste mästare någonsin.
– Vi tog pole position, så vi ska försöka vinna i morgon, säger Antonelli.