Фамилия Автонова — нечастая, но прозрачная по происхождению. В её основе лежит мужское имя Автон, которое представляет собой сокращённую (разговорную) форму полного крестильного имени Автоном. Само имя Автоном имеет греческие корни и переводится как «самостоятельный», «живущий по своим законам». В православных святцах известен священномученик Автоном, епископ Италийский: во время гонений императора Диоклетиана он удалился в Вифинию, где продолжал проповедовать. Память этого святого совершается 12 (25) сентября.

По словообразовательной модели фамилия относится к самому распространённому типу русских фамилий — на -ов/-ев. Суффикс -ов присоединялся к основе, оканчивающейся на согласный (Автон), и указывал на принадлежность: «Автонова» буквально означала «дочь (или жена) Автона», а в более широком смысле — потомок человека по имени Автон. Такие фамилии обычно закреплялись в среде крестьян и мещан, поэтому, скорее всего, основатель рода Автоновых был выходцем из рабочей или крестьянской среды.

Стоит обратить внимание на редкость исходного имени: Автон и Автоном никогда не были в числе массовых на Руси, а потому и фамилия Автонова встречается нечасто. Это отличает её от более популярных фамилий, образованных от имён Иван, Пётр или Михаил. Встречаются и однокоренные варианты — Автономов, Автономский, но Автонова сохраняет именно усечённую, более простую форму имени, что характерно для бытового, нецерковного произношения. Таким образом, в фамилии закрепилась не официальная, а народная версия имени.