Фамилия Головлева (и её мужской вариант Головлёв) образована от прозвища Головаль. Основа здесь — слово «голова», но прозвище это не такое простое, как может показаться. В отличие от распространённых фамилий на -ов/-ев, образованных от мирских имён вроде Голован (большеголовый), форма Головаль встречается реже. Суффикс -аль в древнерусских прозвищах указывал на носителя характерного признака, но рано вышел из активного употребления, поэтому фамилия сохранила архаичную модель словообразования.

Что могло означать прозвище Головаль? Первая версия — чисто внешняя: человека так называли за крупную или необычную форму головы. Вторая, не менее вероятная, — социальная или умственная: «голова» в переносном смысле означала главу, старшину, умного и расчётливого человека. В вологодских говорах, кстати, бытовало схожее прозвище Головань — «большеголовый», что подтверждает региональную привязку таких имён. В Малороссии форма Головаль могла возникнуть по аналогии с местными прозвищными моделями.

Позже, когда прозвище закрепилось за потомками, к основе Головаль присоединили типичный русский патронимический суффикс -ев (в безударной позиции переходящий в -ёв под ударением). Так из прозвища родилась фамилия, которая не указывает напрямую на ремесло или сословие, но хранит память о характерной черте — внешней или внутренней — далёкого предка.