Александр Головин родился в семье военного лётчика в Чехословакии 13 января 1989 года. Отец — Павел Головин, военный лётчик в отставке. Мать — домохозяйка, по совместительству исполняет роль Сашиного менеджера. У него есть старшая сестра Евгения.
Когда Александру было 9 лет, его родители увидели рекламный плакат о наборе детей в модельное агентство Славы Зайцева. Хотя изначально они записали туда на отбор только Евгению, Александр уговорил их записать и его. Они оба прошли отбор и были приняты в агентство, где Александра заметил преподаватель Андрей Александрович Белкин, именно он и помог раскрыть талант актёра.
С 2001 года снимается в кино. Снимался в рекламе торговых марок «Витрум», «Сейвгард», «Нестле» и «Чупа-Чупс».
Александр Головин не имеет профессионального актёрского образования.
С 2010 года принимает участие в соревнованиях по шоссейно-кольцевым гонкам (ШКГ) на скутерах с напарником Алексеем Смирновым.
Является болельщиком московского «Спартака».
