Родился в Подольске в семье музыканта.
В 1944 году поступил в Московское хоровое училище, закончил с отличием в 1954. Окончил Московскую консерваторию им. П. И. Чайковского как пианист (класс Я. И. Зака) и как композитор (класс В. Я. Шебалина, у него же — аспирантуру). Преподавательскую деятельность начал в 1958 году в Московском хоровом училище (проработал до 1983 года), с 1961 года — преподаватель Московской государственной консерватории.
С 1964 года — член Союза композиторов СССР.
С 1973 года — член правления Союза композиторов РСФСР, позже — Союз композиторов России.Среди композиторов-учеников Агафонникова — Сергей Чекрыжов, Глеб Печенкин; преподавал у таких музыкантов, как Олег Крыса, Алексей Рыбников, Владимир Мартынов, Марк Минков и других.