Фамилия Автоновы (в исходной мужской форме — Автонов) образована от имени Автон, краткой формы крестильного имени Автоном. Это имя пришло на Русь из греческого языка и означает «самостоятельный», «живущий по своим законам». Покровителем имени считается священномученик Автоном, епископ Италийский, который во время гонений императора Диоклетиана удалился в Вифинию. Память Автонома совершается Православной церковью 12 (25) сентября.

По словообразовательной модели фамилия относится к самому распространённому типу русских фамилий — патронимам на -ов/-ев. Суффикс -ов указывает на принадлежность: Автонов буквально значит «сын Автона», а в более широком смысле — потомок человека по имени Автон. Усечение полного церковного имени Автоном до формы Автон — характерный для русской бытовой речи приём, когда длинные имена сокращали для удобства повседневного общения.

Интересно, что в некоторых говорах фамилию могли записывать через «о» во втором слоге — Автонов, хотя в церковной традиции имя сохраняло полное звучание с двумя «о» (Автоном). Встречаются и редкие варианты написания через «а» — Автанов, но они могут быть связаны с акающим произношением в южнорусских и среднерусских говорах. Географически фамилия Автонов чаще встречается в центральных областях России и в Поволжье, где имя Автоном было известно в крестьянской и мещанской среде.

О точном времени возникновения фамилии говорить сложно: процесс закрепления патронимов растянулся на несколько столетий, но в целом фамилии на -ов массово оформлялись в XVI–XVII веках. Потомок человека, носившего имя Автон, со временем получал фамилию Автонов, которая закрепилась и передавалась по наследству.