Orazio Antinori partecipò, insieme a Cristoforo Negri e Cesare Correnti, alla fondazione nel 1867 della Società Geografica Italìana, della quale fu per lunghi anni segretario generale.  
 Naturalista e viaggiatore esperto, il marchese fu designato a far parte, insieme allo zoologo O. Beccari e al geologo A. Issel, della spedizione promossa dalla Società geografica nel Mar Rosso per esplorare il paese dei Bogos e visitare la colonia agricola nello Sciotel del padre Stella. Assistette ad Assab alla presa di possesso della baia fatta da G. Sapeto a nome della compagnia Rubattino (13 marzo 1870) e soggiornò quindi due anni in Etiopia insieme con C. Piaggia, dedicandosi alla caccia per scopi scientifici. Nel 1875 fu nuovamente in Tunisia con la spedizione promossa dalla Società geografica, di cui faceva parte anche il giovane capitano O. Baratieri, per studiare la questione del mare interno sahariano.
 Rimpatriato, attese all'allestimento della spedizione che la Società stava organizzando per esplorare la regione dei laghi equatoriali, e nonostante la grave età di 66 anni, chiese ed ottenne di esserne messo a capo.
 La "Grande spedizione ai Laghi equatoriali" prese avvio l'8 marzo 1876 con la partenza da Napoli di Orazio Antinori e Giovanni Chiarini; Sebastiano Martini Bernardi li aspettava a Zeila (attuale Somalia). La spedizione fu poco fortunata fin dalle prime fasi: i continui furti subiti causarono molti rallentamenti. Martini Bernardi dovette rientrare in Italia per organizzare i rifornimenti e solo nell'ottobre 1876 il resto della spedizione riuscì ad incontrarsi con il padre cappuccino Guglielmo Massaia e poi con Menelik, allora re dello Scioa. Nel settembre 1877 S. Martini accompagnato da Antonio Cecchi, incaricato delle osservazioni astronomiche, riuscì a raggiungere lo Scioa ma dovette ripartire dopo un mese per acquistare armi e munizioni per Menelik. Nel nuovo viaggio di ritorno fu accompagnato dal conte Pietro Antonelli, che ebbe un ruolo fondamentale per la missione e in generale per i rapporti tra l'Italia e Menelik.