Родился 16 (28) января 1890 года в известной на Дону казачьей семье.Принимал участие в Первой мировой войне, служил в чине хорунжего в составе 39-го и 28-го казачьих полков.После Октябрьского большевистского переворота в Петрограде в 1917 году одним из первых из числа казачьих офицеров примкнул к большевикам.Лидер «левой группы» на общефронтовом казачьем съезде в Киеве в октябре 1917 года и в Новочеркасске, депутат Большого Войскового круга.Получил от чрезвычайного комиссара по борьбе с контрреволюцией на Юге России Антонова-Овсеенко право самостоятельно формировать части Красной гвардии на Кубани. Опираясь на эти полномочия, в январе 1918 года провозгласил себя главнокомандующим Юго-Восточной революционной армией, формировавшейся им в районе станицы Тихорецкой.
В марте 1918 года отряды Автономова без боя заняли кубанскую столицу — Екатеринодар.Руководил обороной Екатеринодара во время штурма города Добровольческой армией под командованием генерала от инфантерии Корнилова 9 апреля (27 марта) — 13 апреля (31 марта) 1918 года. Битва за Екатеринодар стала первым крупным сражением Гражданской войны в России.
С 1 (14) апреля по 10 (23) мая — главнокомандующий Северокавказской красной армией. Вёл ожесточённую борьбу с гражданской властью Кубано-Черноморской республики, в которой его поддерживали войсковые командиры, в том числе Иван Лукич Сорокин.
В начале апреля ЦИК, боявшийся диктаторских стремлений Автономова, отрешил его от командования и должность главнокомандующего заменил «чрезвычайным штабом обороны» , в который вошло семь штатских большевиков. Автономов выехал в Тихорецкую и выступил открыто против своего правительства. Началась своеобразная «полемика» путём воззваний и приказов.
В них члены ЦИК именовались «немецкими шпионами и провокаторами» , а Автономов и Сорокин — «бандитами и врагами народа» , на головы которых призывались «проклятия и вечный позор» .
В распре приняла участие и армия, которая на фронтовом съезде в Кущевке постановила «сосредоточить все войска Северного Кавказа под командой Автономова... категорически потребовать (от центра) устранения вмешательства гражданских властей и упразднить «чрезвычайный штаб» .Демонстративно отказывался исполнять поступающие из Москвы директивы, если считал, что они противоречат его интересам, игнорировал распоряжения Троцкого, отказываясь признавать его полномочия в качестве верховного главнокомандующего Красной армией. За такое поведение был смещён с поста и отозван в Москву. Там 14 (27) мая 1918 года получил назначение на должность инспектора и организатора войсковых частей Кавказского фронта по рекомендации Г. К. Орджоникидзе.
На его место был поставлен военным руководителем бывший Генерального штаба генерал-майор Русской Императорской армии Андрей Евгеньевич Снесарев, перешедший на сторону большевиков после Октябрьской революции.
В июле 1918 года прибыл в Терскую область, где начал формировать новые красные части. 3 октября 1918 года был назначен командующим новообразованной 12-й общевойсковой красной армии, однако в должность не вступил, поскольку командный состав армии отказался признавать полномочия Автономова.
В дальнейшем командовал небольшим отрядом и бронепоездом в боях с белыми на Тереке и под Святым Крестом.
В январе 1919 года, во время отступления красных с Северного Кавказа к Астрахани, Автономов заболел тифом и был оставлен в одном из горных аулов, где и умер 2 февраля 1919 год.Примечания Деникин А. И. Очерки русской смуты. — М.: Айрис-пресс, 2006. — ISBN 5-8112-1890-7, Деникин А. И. Очерки русской смуты. — М.: Айрис-пресс, 2006. — Тт. 2, 3. — стр. 553. — ISBN 5-8112-1890-7,