Фамилия Головизнои — редкий случай, когда написание сразу подсказывает, где искать её корни. Форма на -ой (а не на -ов или -ин) — верный признак севернорусского или сибирского происхождения. В современном русском языке такие фамилии встречаются всё реже, и их часто «исправляют» на более привычные варианты вроде Головизнов. Но исходная запись Головизнои — это застывшая форма родительного падежа множественного числа: «из дома Головизных». Такой тип фамилий (на -их, -ых, -ой) был особенно распространён в Архангельской, Вологодской, Вятской губерниях и у казаков.

Основа фамилии — слово «головизна». В старину так называли голову и части хребта осетровых рыб, которые шли на вяление и в уху. Головизна считалась деликатесом, но недорогим — её часто отдавали прислуге или ели в пост. Прозвище Головизна могли дать человеку, который торговал этой рыбой, ловил её, или же просто любителю рыбных голов. Вторая, менее вероятная версия связывает фамилию с диалектным значением: в некоторых говорах «головизной» называли большую голову или, в переносном смысле, умного, «головастого» человека. Но первая версия — рыбная — выглядит убедительнее, поскольку слово было хорошо известно на Севере и Волге, где ловили осетровых.

Словообразовательная цепочка проста: от нарицательного «головизна» образовалось прозвище Головизна, а от него в форме родительного падежа множественного числа — фамилия Головизнои. Буква «и» на конце — это не опечатка и не украинское влияние, а именно севернорусское окончание, которое пишется через «и» (ср. фамилии Толстых, Черных, Косых). В документах XIX века такую фамилию могли записать по-разному: Головизнов, Головизной, Головизный. Но исходный вариант на -ои сохранил первоначальное звучание.

Фамилия немногочисленна. По переписям, основные очаги её бытования — Кировская область (бывшая Вятская губерния) и Пермский край. Встречается она и в Сибири, куда переселенцы с Севера уходили за Урал. Среди носителей были как крестьяне, так и мещане — никакого дворянского или духовного происхождения у этой фамилии нет. Это чисто народное прозвище, закрепившееся в роду, скорее всего, за рыбаком или торговцем рыбой на Севере.