Фамилия Остроголова — женская форма фамилии Остроголов, и её ключ — в прозвище, которое давали человеку с характерной внешностью или острым умом. В основе лежит прилагательное «остроголовый», то есть «с острой головой». В русских говорах так могли назвать человека с вытянутым черепом, заострённым подбородком или просто очень проницательного, «острого на язык» и сообразительного. Прозвища по форме головы — не редкость в русской антропонимии: вспомним Кривоголов, Долгоголов, Толстоголов. Остроголов стоит в том же ряду.

Модель образования типична для русских фамилий: прозвище Остроголов (сложное слово из основ «остр-» и «-голов») получило суффикс принадлежности -ов, превратившись в фамилию Остроголов. Женская форма Остроголова — это либо жена или дочь Остроголова, либо современная паспортная запись для женщины. Суффикс -ов в мужской форме указывает на то, что фамилия, скорее всего, оформилась в центральных и северных регионах России, где этот патронимический суффикс был основным, в отличие от украинских -енко или белорусских -ович.

Интересно, что в некоторых говорах слово «остроголовый» имело и переносное значение — «дерзкий, задиристый, скорый на расправу». Поэтому предок-носитель прозвища мог быть не просто умным, а человеком с бойким, неуступчивым характером. Встречается фамилия и в форме Остроголовый — с более древним, полным прилагательным в именительном падеже (характерно для украинской и южнорусской традиции), но вариант на -ов встречается чаще и считается исходно великорусским.

В дореволюционных переписях фамилия Остроголов/Остроголова фиксируется в основном в центральных губерниях и на юге России, что подтверждает её происхождение из среды крестьян и мещан, где прозвища по внешним признакам были особенно распространены. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано — это народная, «говорящая» фамилия, которая сразу обрисовывала портрет своего первого носителя.