Сергей Петрович Голованов родился 8 октября 1909 года в деревне Ново-Харитоново под Москвой. В 1928 году будущий актер окончил керамическое училище и до 1933 года работал по специальности, однако увлечение театром привело его на сцену. Сначала он играл влюбительских труппах, в 1933-1937 годах был актером студии "Постройка", с 1937 года играл в театре Морфлота, затем - в Первом Колхозном театре в Москве, работал с А.Гончаровым, В.Плучеком, Б.Плотниковым. Во время Великой Отечественной войны Сергей Голованов ушел на фронт, но через год был откомандирован во фронтовой театр. В 1949-52 годах он работал в труппе Драматического театра советских войск в Германии, а с 1953 года - в Театре-студии киноактера в Москве. Им были сыграны значительные роли в спектаклях "Миссурийский вальс" (Джонни Джинарди), "Достигаев и другие" (Достигаев), "Васса Железнова" (Прохор), "Живой труп" (Каренин), "Иван Васильевич" (Шпак), "Варвары" (Монахов), "Полынь" (дед Авдей). В кино Сергей Голованов начал сниматься с середины 1950-х годов и активно снимался до 1980-х годов. Играл актер главным образом отрицательных персонажей, известность ему принесла роль шпиона Горелова в приключенческой картине по роману Г.Адамова "Тайна двух океанов" (1955). Среди фильмов с участием актера - "Онибыли первыми" (1956), "Звездный мальчик" (1957), "Девушка с гитарой" (1958), "Ко мне, Мухтар!" (1964), "Чёрный бизнес" (1965), "Их знали только в лицо" (1966), "Майор Вихрь" (1967), "Семнадцать мгновений весны" (1973), "Агония" (1974), "Победа" (1984).