Фамилия Белоголовый — это застывшая форма прилагательного, образованного сращением двух корней: «бел-» (белый) и «-голов-» (голова). Прямое значение прозвища, лёгшего в её основу, очевидно: так могли назвать человека со светлыми, белыми волосами. Однако оба корня в составе прозвища могли быть переосмыслены. Белый цвет на Руси издавна символизировал непорочность, духовную чистоту и ясность, а голова традиционно ассоциировалась с умом. Отсюда возникает вторая, не менее правдоподобная версия: Белоголовым могли прозвать человека, отличавшегося остротой ума, ясностью мысли и смекалкой. Такие люди во все времена пользовались почётом и к ним часто обращались за советом.

Словообразовательная модель фамилии типична для русских прозвищ, перешедших в фамилии без добавления суффикса (так называемые «окаменевшие» прилагательные). В отличие от более массовых фамилий на -ов/-ев или -ин, фамилии в форме чистого прилагательного (Белоголовый, Толстой, Косой) встречаются реже и часто указывают на более древнее происхождение прозвища.

Исторические источники зафиксировали прозвище Белоголовый в среде знати. Его носил московский думный дворянин, воевода князь Василий Иванович Буйносов-Ростовский (сын князя Ивана Ивановича Большого). Он был воеводой в Пскове, Кукейносе, Орешке и Ивангороде, назначался наместником Мещерским, участвовал в съезде с польскими послами об установлении границ и в походе царя Бориса Годунова против шведов. Во время похода Годунова на крымского хана Буйносов-Белоголовый оставался в Москве «ведать» думой. Этот пример показывает, что прозвище не было исключительно крестьянским или простонародным — оно бытовало и в высших слоях общества, подчёркивая внешнюю или умственную особенность его носителя.

Среди известных однофамильцев — врач и писатель Николай Андреевич Белоголовый (1832–1895). Он лечил Николая Некрасова и подробно описал историю его болезни в десятом номере журнала «Отечественные записки» за 1878 год. Этот факт связывает фамилию не только с историей XVII века, но и с русской литературой и медициной XIX столетия.