Фамилия Головнин образована от прозвища Головня. В старину головнёй называли тлеющий или обгоревший кусок дерева, уголёк. Прозвище могли дать человеку со смуглой кожей, чёрными волосами или вспыльчивым, «горячим» нравом — по аналогии с тлеющим углем. Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ин указывает на принадлежность, то есть Головнин — «сын Головни» или «потомок человека по прозвищу Головня».

Головнины — старинный дворянский род. По преданию, он восходит к новгородскому боярину Никите Головне, упомянутому в 1401 году. Один из документально подтверждённых родоначальников — Богдан Григорьевич (он же Матвей) Головнин, владевший в 1590-х годах поместьями в Зарайском, Пронском и Ряжском уездах. Его сыновья Никифор и Иван Матвеевичи получили поместья по Рязанскому уезду в 1628–1629 годах. Потомство Бориса, Родиона и Марка Ивановича Головниных записано в VI часть родословной книги Московской губернии — в число древнего дворянства.

Другая ветвь рода идёт от Ивана Головнина, чьи два сына (оба с именем Иван) служили при великом князе московском Василии III в Великих Луках. Таким образом, фамилия имеет не одну, а несколько независимых линий происхождения, что нередко для старых дворянских родов.

О точном времени возникновения фамилии говорить сложно: процесс закрепления прозвищ в качестве наследственных имён шёл несколько столетий. Ясно одно: Головнины — не случайная фамилия, а родовое имя с устойчивой исторической традицией, зафиксированной в документах XVI–XVII веков.