幼從祖父黃德濂練字，懸腕書寫。同治六年舉於鄉，同治七年，殿試第二名，授翰林院編修。1870年，任順天鄉試同考官。1873年，任江南鄉試副考官。光緒年間，黃自元歷任河南道、陝西道監察御史，重視水利灌溉工程。中日甲午戰爭時期，隨軍參贊。中年以後，不再出仕。主講湘水校經堂及成德書院。著有《間架結構摘要九十二法》、《黃自元臨九成宮》等。
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