Фамилия Головатых — типичный пример русской фамилии, образованной по модели на -их/-ых. Такая форма указывает на принадлежность к роду: Головатых — значит «из дома Головатых», «дети и потомки Головатого». Эта модель особенно характерна для северных и центральных областей России, а также для Сибири, где фамилии на -их/-ых встречаются чаще, чем на юге.

В основе фамилии лежит прозвище Головатый. В русских говорах «головатый» могло означать не просто человека с большой головой, а того, кто занимал видное положение — «голова» в значении «глава, старшина, начальник». В разных регионах так называли сельских старост, атаманов или выборных руководителей. Таким образом, прозвище указывало не на внешность, а на социальный статус предка: он был человеком «головастым» в прямом и переносном смысле — умным, главным, распорядительным.

Со временем прозвище Головатый закрепилось как основное именование, а при переходе в фамилию приобрело окончание -ых, типичное для родительного падежа множественного числа. Близкие по смыслу фамилии — Голованов, Головин, Головачёв — но форма Головатых стоит особняком: она сразу указывает на целый род, а не на одного человека.

В документах фамилия Головатых встречается с XVII века. По данным переписей, она распространена в Вятской, Пермской и Архангельской губерниях, а также среди уральских казаков. Это подтверждает версию о северном или сибирском происхождении фамилии, где модель на -их/-ых была особенно популярна.