Kematian ibu merupakan indikator yang penting untuk menggambarkan status kesehatan maternal. Di Indonesia, angka kematian ibu masih relatif tinggi (228/100.000 kelahiran hidup). Tingginya angka kematian ibu terkait dengan pemanfaatan fasilitas kesehatan saat persalinan masih rendah. Layanan antenatal dapat dijadikan sarana untuk memotivasi ibu hamil agar bersalin di fasilitas kesehatan. Penelitian ini bertujuan mengetahui hubungan layanan antenatal dengan pemanfaatan fasilitas kesehatan saat persalinan di Indonesia. Penelitian dilakukan terhadap ibu yang melahirkan anak terakhir dalam kurun waktu 5 tahun (2005-2010) dengan menggunakan data sekunder Riskesdas 2010 dan metode penelitian cross sectional. Jumlah sampel dalam penelitian ini adalah 19.803 responden. Analisis data menggunakan metode regresi logistik ganda (complex samples). Hasil penelitian ini memperlihatkan hubungan yang signifikan antara layanan antenatal dengan pemanfaatan fasilitas kesehatan saat persalinan. Namun efek layanan antenatal K4 berbeda menurut ekonomi keluarga dan wilayah tempat tinggal setelah dikontrol oleh pendidikan dan paritas. Ibu hamil yang melakukan layanan antenatal K4 pada ekonomi keluarga miskin (kuartil 1) dan keluarga kaya (kuartil 4) memiliki peluang 3 kali lebih besar untuk memanfaatkan fasilitas kesehatan saat persalinan. Demikian juga dengan wilayah tempat tinggal, pedesaan memiliki peluang 3 kali lebih besar memanfaatkan fasilitas kesehatan saat persalinan dibandingkan ibu hamil yang layanan antenatalnya tidak K4. Untuk meningkatkan pemanfaatan fasilitas kesehatan saat persalinan, motivasi ibu hamil terutama di masyarakat pedesaan ternyata berkaitan dengan keberhasilan pelayanan antental terpadu yang maksimal.