Фамилия Автонычева — редкий случай, когда женская форма встречается чаще в документах, а мужская (Автонычев) остаётся в тени. Это сразу подсказывает, что фамилия образована по простой и древней модели: от мужского прозвища или имени с суффиксом принадлежности -ев. Если бы основа оканчивалась на -а или -я, мы бы увидели суффикс -ин, но здесь твёрдый согласный, поэтому -ев.

Корень «Автон-» — явно не русский и не славянский. Самое вероятное объяснение: это искажённое или диалектное произношение греческого имени Автоном (Αὐτόνομος). В святцах есть святой Автоном, епископ Италийский, чьё имя означает «сам себе закон», то есть «независимый». В русских говорах греческие имена нередко упрощали: Автоном легко превращался в Автон, а уменьшительные формы — Автоня, Автоныч — давали основу для фамилии. Тогда Автонычев — буквально «сын Автоныча», то есть внук или потомок человека по имени Автон (из Автонома).

Менее вероятная, но возможная версия — связь с диалектным словом «автоня» (в некоторых говорах так называли упрямого или своенравного человека). Если прозвище Автоня закрепилось за человеком с характером, то фамилия могла возникнуть и без связи с крестильным именем. Однако греческое происхождение кажется надёжнее: фамилии от канонических имён с отпадением конечного слога — не редкость (ср. Михеев от Михей, Агеев от Агей).

Географически фамилия Автонычева привязана к центральным и южным областям России, где были сильны традиции крестьянских фамилий на -ев. Встречаемость крайне низкая, что говорит о локальном происхождении: скорее всего, родоначальник жил в одном селе или деревне, и фамилия не разошлась широко. Сословно — почти наверняка крестьяне или однодворцы, потому что дворянские роды с таким корнем неизвестны.

Интересная деталь: фамилия сохранила архаичную форму отчества (Автоныч), а не сразу перешла в притяжательное прилагательное от имени Автон. Это значит, что прозвище или имя отца было настолько устойчивым, что его отчество стало фамилией для следующего поколения. Встречаются однокоренные варианты Автономов и Автонычев — они разошлись по разным ветвям, но корень один.