Фамилия Головизина (и её мужской вариант Головизин) образована от прозвища Головиза. Слово «головиза» — это, скорее всего, народная или диалектная переделка существительного «головизна». В словаре В. И. Даля у «головизны» зафиксировано три значения: «голова большой или красной рыбы», «род щей или селянки, навар из башки красной (хрящевой) рыбы с капустой, огурцами и пр.» и «глава или отдел в книге».

Самая вероятная версия связывает прозвище с рыбным промыслом и кухней. В центральных и северных губерниях России головизна была не просто частью рыбы, а ценным продуктом: из голов осетровых, белуги и севрюги варили наваристую уху, студень и те самые щи. Поэтому прозвище Головиза могли дать либо рыбаку, который промышлял ловом красной рыбы, либо повару, либо просто любителю такого навара. Третье, книжное значение («отдел в книге») маловероятно для основы крестьянского или посадского прозвища.

Модель образования типична для русских фамилий: к основе Головиз- добавился патронимический суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?» — «сын Головизи»). Сама основа Головиз- — это усечённая форма от «головизна»: в живой речи окончание -на отпало, и слово зазвучало как «головиза».

Интересно, что фамилия встречается в основном в варианте Головизин, а женская форма Головизина — это грамматическая форма от неё. Встречается она нечасто, что говорит о локальном происхождении: скорее всего, один род дал начало всем носителям. Географически фамилия тяготеет к Поволжью и северо-западу России — регионам, где был развит лов осетровых и стерляди.