Фамилия Головастиков образована от прозвища Головастик. В русской традиции так могли назвать человека по двум разным причинам: либо из-за заметно большой головы, либо, в переносном смысле, из-за выдающегося ума, «головы». Оба значения — прямого описания внешности и метафоры сообразительности — сосуществовали в народной речи.

Первое документальное упоминание прозвища относится к началу XVII века. В архивах С. Б. Веселовского записан Головастик Кузьма, бобыль, 1616 год, Арзамас. Бобыль — это человек, не имевший своего хозяйства и земли, часто живший наймом или подаянием. Уже тогда прозвище существовало как самостоятельное именование, а не фамилия.

Фамилия построена по стандартной для русских фамилий модели: к основе Головастик- добавляется патронимический суффикс -ов. Такой суффикс указывает на принадлежность: «сын Головастика». Со временем форма закрепилась и перестала меняться, превратившись в наследственную фамилию.

Интересно, что в отличие от более распространённых фамилий на -ов, образованных от крестильных имён (Иванов, Петров), Головастиков берёт начало от прозвища из народной, нецерковной лексики. Это говорит о том, что предок носителя фамилии был заметен в своей среде — либо внешностью, либо характером, и это качество запомнили окружающие.

Слово «головастик» имеет и прямое зоологическое значение — личинка лягушки. Однако маловероятно, что прозвище дали за сходство с земноводным: в русских говорах это значение второстепенное, а прозвища по внешности или уму куда типичнее для антропонимии XVI–XVII веков.

Фамилия редкая, не входит в сотни самых частых русских фамилий. Встречается преимущественно в центральных и поволжских регионах России.