Фамилия Головатов происходит от прозвища Головатый, которое, в свою очередь, восходит к слову «голова». В русском языке суффикс -ат- в прозвищах часто указывал на обладание чем-то в избытке: так, Головатый — это человек с большой головой или с выдающимся умом. Однако не менее вероятно, что прозвище указывало на социальный статус: «головой» в старину называли выборного или назначенного начальника, например, стрелецкого или казачьего голову. В таком случае Головатый — это человек, занимавший должность головы, то есть предводитель, старшина.

Модель образования фамилии стандартна для восточнославянского ареала: суффикс -ов присоединяется к основе прозвища на -ый, образуя притяжательное прилагательное. Головатов буквально означает «сын Головатого» или «принадлежащий Головатому». По такому же принципу образованы фамилии Бородатов, Горбатов, Носатов — все они указывают на характерную внешнюю черту или должность предка.

Географически фамилия Головатов чаще встречается в южнорусских и украинских землях, где слово «голова» в значении «старшина» было особенно употребительно в казачьей среде. В переписях и ревизских сказках XVIII–XIX веков носители фамилии фиксируются в Воронежской, Тамбовской, Харьковской губерниях, а также на Кубани.

Стоит отметить, что в некоторых говорах «головатый» могло означать не только «большеголовый», но и «сметливый, догадливый». Поэтому в отдельных случаях фамилия могла закрепиться за человеком, который славился не внешностью, а умом. Спор между этими версиями решается в пользу «должностной» гипотезы: прозвища по внешним признакам в русской традиции чаще образовывались с суффиксом -аст- (головастый), тогда как -ат- чаще давал социально-характеризующие прозвища (бородатый — не столько про длину бороды, сколько про возраст и статус).

Таким образом, предок современных Головатовых с высокой вероятностью был либо заметным человеком с крупной головой, либо, что более вероятно, занимал выборную должность головы — в сельской общине, казачьем курене или стрелецком приказе.