Фамилия Головнова — женская форма, а мужская, Головнов, образована от прозвища или мирского имени Головна. Основа здесь — «голова», но не в прямом анатомическом смысле, а в переносном, социальном. В русских говорах «головна» могла означать большую, крупную голову, а также — человека с больной или необычной головой. Но куда вероятнее, что прозвище относилось к должности или положению: «головой» на Руси называли выборного начальника, старосту, военного предводителя (стрелецкий голова, таможенный голова). Соответственно, «Головна» — это либо сын такого головы, либо человек, который сам когда-то исполнял эту роль, но прозвище закрепилось в уменьшительной или пренебрежительной форме.

Суффикс -ов в фамилии стандартный, патронимический, указывает на принадлежность: «чей?» — Головнов, то есть сын Головны. Модель типична для центральной России и Поволжья, где фамилии на -ов доминируют. Встречается и вариант Головнёв — с беглым гласным, что характерно для южнорусских и украинских говоров, где «головня» — это головешка, обгоревшее полено. Такое прозвище могли дать человеку с тёмными, как уголь, волосами или смуглой кожей, либо тому, кто работал у печи (кузнец, печник). Но для фамилии Головнова связь с «головешкой» менее вероятна: форма без ё указывает на корень «голов-», а не «головн’-».

В писцовых книгах XVI–XVII веков встречаются крестьяне и посадские люди с прозвищем Голова, Головка, Головня. Фамилия Головнов могла закрепиться и как «географическая» — по названию села Головнино или Головново, которых несколько в Тверской, Ярославской и Костромской областях. В таком случае предок был не сыном Головны, а выходцем из этого села, и фамилия указывает на место жительства, а не на прозвище.

Сословно Головновы — почти наверняка крестьянский или мещанский род. Дворянские фамилии с корнем «голов-» чаще оформлялись через -ин (Головины) или -ский (Головинский). Простая форма на -ов говорит о непривилегированном происхождении, хотя отдельные ветви могли выслужить личное дворянство на военной или гражданской службе.