Родился 29 апреля 1940 года в Калинине (ныне Тверь). Отец Владимира Головина погиб до рождения сына в боях во время советско-финской войны. Мать, Екатерина Алексеевна Головина, была актрисой ряда театров[1]. Воспитанием Владимира занимался второй муж Екатерины Головиной — П. И. Лешков, заслуженный артист РСФСР[2][1].
Кинодебют Головина состоялся в 1981 году в историческом телефильме Григория Никулина «20 декабря». Вождь эсеровБорис Савинков в его исполнении стал одним из запоминающихся кинообразов того времени. Головинский Савинков — интеллектуал, он циничен, абсолютно бесстрашен и столь же безжалостен, в то же время от него исходит мощнейшая внутренняя отрицательная энергия, что в сочетании с полной внешней невозмутимостью создаёт образ редкостной силы. Актёр мгновенно стал очень популярен, с середины 1980-х годов много снимался в кино.
Амплуа актёра — антигерои: злодеи, преступники, мафиози. Актёр обладал ярко выраженным отрицательным обаянием. Его злодеи жестоки, циничны и смелы. При этом он одинаково органично, ярко и достоверно играл их и в серьёзных драмах, и в комедиях.
С 1997 года Головин был режиссёром телевизионной студии «Спектр» в г. Бологое[1].
Первой женой Владимира Головина была актриса Эра Зиганшина. У них родилось двое детей — дочь Екатерина и сын Алексей. Но супруги разошлись после 17 лет совместной жизни[5][1][2].
Последнее время Владимир Головин жил на малой родине своей матери, в Березайке, со своей второй женой, Верой Бровкиной[4], с которой познакомился здесь же, в деревне (они даже обвенчались). Общих детей у пары не было, однако у актёра были две племянницы — Анастасия Галуза и Дарья Грядунова. Владимир Головин много сил тратил на юные дарования, собирал детвору, устраивал мастер-классы, рассказывал о кино[3].
Умер 18 октября 2010 года в Бологом Тверской области. Похоронен на кладбище посёлка Березайка в Тверской области.
