Фамилия Черноголовин — классический пример отчества, образованного от прозвища через притяжательный суффикс -ин. В древнерусской антропонимии суффикс -ин присоединяли к основам на -а/-я: чей? — Черноголовин, то есть сын или потомок Черноголовы. Само прозвище Черноголова — двухкоренное сложение из «черный» и «голова». В прямом смысле так могли назвать человека с тёмными, чёрными волосами, что для славянского типа внешности было заметной приметой. Однако «черная голова» могла означать и переносный смысл: так иногда называли упрямого, «крутого» человека, либо того, кто носил чёрный головной убор — например, монаха или послушника.

В русских говорах слово «черноголов» фиксируется и как название растения (василёк, головня), но прозвища от названий трав в фамилиях встречаются реже, чем от внешних признаков. Версия с растительным корнем маловероятна: фамилия образована напрямую от прозвища человека, а не от ботанического термина.

С точки зрения географии, фамилия Черноголовин встречается в центральных и южных областях России, но нигде не образует плотных гнёзд. Это редкая фамилия, не попавшая в массовые списки дворянских или купеческих родов. Скорее всего, предки Черноголовиных были крестьянами или посадскими людьми, получившими фамилию в XIX веке при массовом закреплении прозвищ. Интересно, что однокоренные фамилии — Черноголов, Черноголовый, Черноголовко — встречаются и у украинцев, и у белорусов, что указывает на общевосточнославянский характер прозвища.

Если сравнивать с похожими по модели фамилиями — Белоголовин, Красноголовин, Сизоголовин, — то все они строились по одному принципу: внешний признак + суффикс принадлежности. Черноголовин среди них — самая естественная, ведь тёмный цвет волос на Руси был преобладающим, и прозвище давали не столько для описания нормы, сколько для выделения особенно чёрной, густой шевелюры.