Фамилия Головастиковы, как и многие русские фамилии, пошла от прозвища. Прозвище Головастик могли дать человеку по двум причинам: либо из-за заметно большой головы, либо за выдающийся, «головастый» ум. Второе значение, скорее всего, было шутливым или ироничным — не каждый острый ум в старину встречали с восхищением, часто подкалывали.

В словаре С. Б. Веселовского «Ономастикон» зафиксирован реальный носитель этого прозвища: Головастик Кузьма, бобыль, 1616 год, Арзамас. Бобыль — это бедный, часто безземельный крестьянин, одинокий человек. То есть уже в начале XVII века прозвище существовало и было записано в документах. Потомки этого Кузьмы или другого Головастика и стали Головастиковыми.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе прозвища Головастик добавили типичный патронимический суффикс -ов. Он указывал на принадлежность: «чей сын?» — Головастиков. Форма Головастиковы — это множественное число, принятое для обозначения всего рода в целом. В отличие от фамилий на -ин или -ский, эта модель одна из самых массовых в России, что затрудняет точную географическую привязку. Однако арзамасская запись XVII века — самая ранняя известная точка отсчёта.

Слово «головастик» в прямом смысле — личинка лягушки — могло влиять на восприятие фамилии, но скорее уже в более позднее время, когда прямое прозвищное значение стёрлось. В основе же лежит именно сравнение с человеком, которого выделяла голова — размером или содержимым.