หุ่นยนต์อัตโนมัติ (Autonomous robots) เป็นหุ่นยนต์ที่สามารถทำงานตามคำสั่งที่กำหนดได้ภายใต้สภาพแวดล้อมที่ไม่แน่นอนโดยปราศจากการควบคุมจากมนุษย์ ในปัจจุบันหุ่นยนต์หลายชนิดมีคุณสมบัติของความอัตโนมัติ (autonomy)ในระดับหนึ่ง หุ่นยนต์ต่างชนิดถูกสร้างต่างวัตถุประสงค์ ความอัตโนมัติก็จะแตกต่างกันออกไปขึ้นอยู่กับชนิดของงาน งานบางอย่างต้องการหุ่นยนต์ที่มีความอัตโนมัติสูง เช่นงานสำรวจอวกาศ, งานตัดหญ้า, งานดูดฝุ่น และงานบำบัดน้ำเสียเป็นต้น สำหรับหุ่นยนต์ในอุตสาหกรรมยุคใหม่ แม้ว่าตัวหุ่นยนต์ประเภทแขนกล (Robot arm) จะถูกยึดอยู่กับที่ เราก็สามารถพิจารณาได้ว่ามันมีความอัตโนมัติภายใต้สภาวะแวดล้อมของมัน ซึ่งเป้าหมายในการทำงานของมันคือหยิบจับวัตถุที่ไหลมาตามสายพานให้ถูกต้อง โดยจะไม่ทราบได้เลยว่าวัตถุชิ้นต่อไปจะผ่านมาเมื่อไรจึงกล่าวได้ว่า ความอัตโนมัติเป็นสาขาหนึ่งของวิทยาการหุ่นยนต์อันจะช่วยให้หุ่นยนต์สามารถอยู่รอดในสิ่งแวดล้อม ไม่ว่าจะเป็นพื้นดิน ใต้น้ำ ในอากาศ ใต้ดิน หรือในอวกาศ หุ่นยนต์อัตโนมัติแบบสมบูรณ์ (fully autonomous robot) เรียกได้ว่าเป็นหุ่นยนต์ที่มีความสามารถดังต่อไปนี้นอกจากนี้หุ่นยนต์อัตโนมัติอาจสามารถเรียนรู้ พัฒนาขีดความสามารถของมันเพื่อความสำเร็จในการปฏิบัติงาน หรือสามารถปรับตัวต่อการเปลี่ยนแลงของสิ่งแวดล้อมได้ แม้ว่าหุ่นยนต์อัตโนมัติจะมีความอัตโนมัติในระดับหนึ่ง มันก็ยังคงต้องการการบำรุงรักษาตามปกติเหมือนเครื่องจักรอื่นๆศาสตราจารย์ George A. Bekey แห่งมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย ได้ให้นิยามหุ่นยนต์ว่าเป็น "เครื่องจักรที่สามารถ รับรู้ คิด และกระทำ" (A machine that senses, thinks, and acts)[1]