自动列车运行装置（英文称Automatic Train Operation），日本东京营团地铁的日比谷线于1962年开始试验，伦敦地铁的维多利亚线（Victoria Line）最早正式使用。ATO系统自动根据讯号系统调节速度，为现时铁路安全保障装置中，最迟出现的装置。
ATO系统自动列车运行装置（英文称Automatic Train Operation ATO）ATO装置让列车可以在无人驾驶（有时有司机监控）下，自动开停车，自动开关门。
当驾驶室有司机的时候，可以由司机负责开门和关门，关好门后按下启动按钮，列车便自动开车，并根据讯号系统的指示来行车，到达停车站时自动停车。ATO装置可以根据
自动列车控制装置（ATC）或自动列车保障装置（ATP）等讯号系统所提供的讯号自动加减速，使用ATO装置可以令列车减少加减速的时间和长度，从而增加列车的班次。
ATO装置的好处，某程度上可以减少人为的失误，不过在香港铁路列车上的ATO装置，有时亦出现因制动系统的气压偏差或路轨湿滑而导致列车过早停下来或超过停车位置的情况，需要司机修正停车位置。
日本最初于1962年试验ATO系统，试验路线是营团地下铁日比谷线，随后试验的是大阪市交通局千日前线及都营三田线，前者后来并没有正式使用ATO系统。实际上，日本国内最初正式使用ATO系统的路线，是1977年时的
神户市营地铁西神线。
迪士尼度假区线在香港，香港地铁（现称港铁）于1979年第一期通车时，已开始使用ATO系统，随后地铁各线通车，亦全部使用ATO系统。九广铁路（已合并到港铁）的九广东铁（现称东铁线）于2003年开始使用ATO系统，2003年12月20日通车的九广西铁（现称西铁线）和2004年12月21日通车的
马鞍山铁路（现称马鞍山线），亦使用ATO系统。
港铁迪士尼线更使用无人ATO，备用系统为车站遥控方式。
在台湾，台北捷运将ATO当成ATC的子系统分类，于各路线均有使用。日本方面，ATO的使用其实并不普遍，一般认为其不及人手可靠，而前身为国有铁道的JR各线至今完全不导入ATO装置。其他使用ATO的铁道公司，为避免司机在紧急情况下，因缺乏驾驶经验令驾驶技术不足，所以不会全日使用ATO装置，会有部份时间由司机作人手驾驶，以保持司机的驾驶技术。在台湾的台北捷运也有类似规定