Фамилия Головачева (и её вариант через «ё» — Головачёва) происходит от прозвища Головач. В основе лежит слово «голова»: Головач — человек с крупной, заметной головой, либо умный, «головастый», либо занимающий главенствующее положение. В древнерусском языке прозвища такого типа были распространены и фиксировались в официальных документах.

В «Ономастиконе» С. Б. Веселовского упоминается Головачев Борис Григорьевич, 1492 год, Переяславль. Эта запись — одно из ранних свидетельств бытования прозвища в среде служилых людей. Не исключено, что именно он стал основателем одного из родов Головачёвых.

Словообразовательная модель проста: к основе «головач» добавился типичный русский суффикс принадлежности -ев (в варианте с ударением на «а» — -ёв). Фамилия отвечала на вопрос «чей?» и означала «сын Головача», то есть потомок человека с таким прозвищем.

Важно различать написания: форма Головачёва (с буквой «ё») указывает на ударение на последний слог, что характерно для южнорусских говоров. Вариант Головачева (с «е») может отражать как северное произношение, так и позднюю унификацию написания в документах. В современных паспортах встречаются оба варианта, и они считаются разными фамилиями, хотя исторически восходят к одному корню.

Фамилия нередкая, встречается в разных регионах России, но в Переяславле (ныне Переславль-Залесский) её корни уходят в XV век. Сословно первые носители могли быть как крестьянами, так и детьми боярскими — прозвище не указывает на ремесло, а описывает внешность или характер.