Фамилия Головненко образована по той же модели, что и множество украинских фамилий на -енко: она буквально означает «маленький Головня» или «сын Головни». В основе лежит прозвище Головня. В старину головнёй называли не только тлеющий кусок дерева или уголь, но и человека — с большой головой, темноволосого либо вспыльчивого, «жгучего» нравом. Прозвище было ходовым, поэтому в старых документах встречаются и Головни, и Головневы, и Головненко.

Суффикс -енко типичен для Поднепровья и Левобережной Украины (нынешние Черниговская, Полтавская, Киевская области). Именно там фамилия Головненко встречается чаще всего. В XIX веке носители фамилии числились в основном среди казаков и крестьян, а не дворян — фамилии на -енко редко жаловали вместе с титулом.

Интересная деталь: в русских говорах слово «головня» имело ещё одно значение — головешка, которой метили скот. Поэтому не исключено, что прозвище мог получить пастух или хозяин, ставивший такие метки. Впрочем, основная версия остаётся прозрачной: Головненко — это потомок человека по прозвищу Головня.