Фамилия Головнина — это, скорее всего, не женская форма, а притяжательное прилагательное, отвечавшее на вопрос «чей?»: сын Головни. В основе лежит прозвище Головня. В старину головней называли головешку — тлеющий или обгоревший кусок дерева, уголь. Прозвище могло пристать к человеку со смуглой кожей, черными волосами или к тому, кто часто пачкался в саже — например, к угольщику, кузнецу или печнику. В переносном смысле «головня» — это ещё и смутьян, зачинщик ссоры («раздувающий огонь»), так что прозвище могло указывать на беспокойный нрав.

Головнины — старинный русский дворянский род. По одной из версий, родословная тянется от новгородского боярина Никиты Головни, упоминаемого в 1401 году. Более надёжная документальная ветвь начинается с Богдана (он же Матвей) Григорьевича Головнина, который в 1590-х годах владел поместьями в Зарайском, Пронском и Ряжском уездах. Его сыновья, Никифор и Иван Матвеевичи, получили земли по Рязанскому уезду в 1628–1629 годах. Потомство Бориса, Родиона и Марка Ивановича Головнина записано в VI часть родословной книги Московской губернии — это древнее дворянство.

Другая ветвь рода происходит от Ивана Головнина, два сына которого (оба Иваны) служили при великом князе московском Василии III в Великих Луках. Таким образом, фамилия Головнина — не случайное крестьянское прозвище, а маркер служилого сословия, закрепившегося в документах XVI–XVII веков. Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: «чей?» — Головнин, то есть потомок или человек Головни. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ на -а/-я (Головня → Головнин).

Встречается и более прозаичное объяснение: в некоторых говорах «головня» — это головняк, огарок лучины. Человек, который постоянно сидел при свете лучины (например, пряха или переписчик книг), тоже мог получить такое прозвище. Но дворянский статус Головниных склоняет к версии о прозвище-характеристике, а не ремесленном.