Фамилия Головина принадлежит к числу старейших русских фамилий, и её происхождение не так однозначно, как может показаться на первый взгляд. В основе фамилии лежит прозвище, связанное с головой, но лингвисты спорят, какое именно слово стало исходным. В старину на Руси человека с крупной головой или выдающимся умом могли прозвать Голован. Однако более вероятно, что фамилия образована от вологодского прозвища Головань, которое означало просто «большеголовый». Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Головина, то есть дочь, жена или потомок Голована (Голованя).

Самая известная ветвь Головиных — старинный дворянский род. По семейному преданию, он ведет начало от князя Степана Васильевича Ховры, грека по происхождению, владетеля крымских городов Судака, Манкупа и Балаклавы, который выехал в Москву в самом конце XIV века. Правнук Ховры, Иван Владимирович, носил прозвище Голова, и именно он стал прямым родоначальником Головиных. Его сын Петр Иванович (умер в 1525 году) первым официально стал писаться Головиным.

К XVII веку потомство шести сыновей Петра Ивановича разделилось на несколько самостоятельных ветвей. Древнейшая из них, идущая от Ховры, записана в VI часть родословных книг Рязанской, Калужской, Полтавской и Тверской губерний. Другая ветвь, также древняя, ведет начало от Кирея Суворова сына Головина (вторая половина XVI века) и записана в Орловской и Курской губерниях. Третья ветвь — от Федора Васильевича Головина (поместье с 1636 года) — в Рязанской губернии. Четвертая, от Аверкия Яковлевича Головина, — в Тверской. Пятая, от Ефима Головина (испомещен в 1696 году), — в Орловской. Шестая, от Гавриила Алексеевича Головина (поместья с 1667 года), — в Новгородской, Петербургской и Ярославской. Седьмая ветвь, от болховитянина и стрелецкого головы Ефима Лукьяновича Головина (испомещен в 1664 году), записана в VI часть родословной книги Тульской губернии, но Герольдия не утвердила её в древнем дворянстве из-за недостатка доказательств. Помимо этих, существует еще несколько дворянских родов Головиных более позднего происхождения.

Таким образом, фамилия Головина могла возникнуть в разных местах независимо: как у потомков знатного греческого рода, так и у простого крестьянина из-под Вологды, которого за крупную голову прозвали Голованем.