Фамилия Автонина — редкий случай, когда мы имеем дело не с отчеством, а с притяжательным прилагательным от женского имени. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Автонина, то есть дочь, жена или вдова Автони. В русской антропонимии фамилии на -ин обычно образовывались от основ на -а/-я, и здесь основа — не мужское имя, а женское.

Имя Автонина — это народная, просторечная форма канонического крестильного имени Антонина (от латинского Antoninus). В русских говорах начальное «А» нередко сохранялось, а ударение смещалось, и вместо Антони́на звучало Авто́нина. В документах XVII–XVIII веков встречаются записи «Автонина Иванова дочь», «Автонина вдова» — такие формы бытовали в крестьянской и посадской среде, особенно в северных и центральных губерниях.

Фамилию могли дать по матери-одиночке или по вдове, которая вела хозяйство: в русских общинах женщину, оставшуюся без мужа, нередко называли по имени — Автонина, а её детей — Автонины. В переписных книгах это фиксировалось как «дети Автонины». Позже, при закреплении фамилий в XIX веке, такое прозвание перешло в наследственное.

Словообразовательная модель здесь необычна: большинство русских фамилий на -ин восходят к мужским именам (Иванов сын → Иванов), но Автонина — один из примеров «матриархальной» фамилии. По подсчётам ономастов, таких фамилий в России не более 2–3% от общего числа. Встречается она преимущественно в Вологодской, Архангельской и Кировской областях — там, где дольше сохранялись архаичные формы имён и общинный уклад.

Искать в этой фамилии иноязычный корень или связь с латинским «авто» не стоит: это чисто русская адаптация христианского имени, прошедшая через живую речь.