Сергей Петрович Голованов родился в деревне Ново-Харитоново (Бронницкий уезд Московской губернии). Заслуженный артист РСФСР (1953). В 1928 году окончил керамическое училище, до 1933 года работал по специальности. В 1933-1937 годы был актёром студии «Постройка». С 1937 года - актёр театра Морфлота, затем 1-го колхозного театра в Москве. В годы Великой Отечественной войны являлся актёром фронтовых театров. С 1953 года играл в Театре-студии киноактёра. Был женат на Марии Виноградовой, известной советской и российской актрисе, заслуженной артистке РСФСР (1987). Умер в Москве. Похоронен на Хованском кладбище.