家。幼从祖父黄德濂练字，悬腕书写。同治六年（1867年）举于乡，同治七年（1868年），殿试第二名（榜眼），授翰林院编修。1870年，任顺天乡试同考官。1873年，任江南乡试副考官。光绪年间，黄自元历任河南道、陕西道监察御史，重视水利灌溉工程。中日甲午战争时期，随军参赞。中年以后，不再出仕。主讲湘水校经堂及成德书院。着有《间架结构摘要九十二法》、《黄自元临九成宫》等。