Александр Головин родился 13 января 1989 года в городе Брно (Чехословакия), в семье военного летчика и домохозяйки. Есть старшая сестра Евгения.
В девять лет родители записали Сашу и Женю в модельное агентство Славы Зайцева. Там мальчика заметил преподаватель Андрей Александрович Белкин, который в будущем и помог раскрыть талант актёра.
В 2001 году дебютировал в кино, сыграв небольшую роль кота в телепроекте «Бледнолицый лжец».
С 2002 по 2014 года снялся в 15 выпусках киножурнала «Ералаш».
Широкая известность пришла к актеру в 2006 году благодаря ролям Максима Макарова в сериале «Кадетство» и «Кота» Чернова в фильме «Сволочи».
Играл в мюзиклах и спектаклях: «Норд-Ост» (2001), «Мы играем Ералаш» (2005), «Однажды в Нью-Йорке, или Звезда Бродвея» (2008), «Старший сын» (2008), «Курсантский Блюз» (2009), «Родня» 2010), «Малыш и Карлсон» (2010), «Декамерон» (2010), «Любовь по-французски» (2010), «Седина в бороду» (2010), «Вий» (2011).
Принимал участие в съёмках передач: «Фабрика звёзд — 2» (был гостем), «Ступеньки», «Большая стирка» (тема «День учителя»), «Утренняя звезда» и «Танцы со звёздами. Сезон 2011» в паре с Ксенией Бородиной.
В апреле 2018-го Александр Головин стал отцом — его экс-возлюбленная Светлана Белогурова родила дочь Оливию. Однако актер отказался признавать отцовство, и девушка обратилась в суд, который на основании заключения проведенной генетической экспертизы признал звезду «Кадетства» отцом девочки и обязал артиста платить алименты на дочку до ее совершеннолетия.
Не женат
Есть дочь — Оливия Белогурова (род. 26 апреля 2018 года) от Светланы Белогуровой. Однако отцовство актер не признает