Анатолий Дмитриевич Головин родился в селе Троицкое Богдановичского района Свердловской области. Сын репрессированного крестьянина.
В начале войны военком направил А.Д. Головина работать на ЧТЗ. Сначала рыли котлованы под новые корпуса цеха, затем возводили стены и крышу, а потом работали на станках. В декабре сорок второго принесли повестку из военкомата. На фронт поэт ушел из Челябинска, зачислили в школу младших командиров-связистов, которая находилась в городе Камышлове Свердловской области. Жили в казармах, обучались стрельбе, профессии связиста. Потом перебросили на Кавказ. Служил в минометной батарее, был связистом, протягивал телефонную связь от одного взвода к другому. А.Д. Головин прошел с боями Украину и Венгрию, был дважды ранен. Награжден орденами Красной Звезды и Отечественной войны 2-й степени, медалью «За освобождение Будапешта».
После окончания в 1955 г. Челябинского педагогического института он более 30 лет преподавал литературу и русский язык в школах Челябинской области. Первый стихотворный сборник А.Д. Головина «Места знакомые» вышел в 1958 году в Южно-Уральском книжном издательстве. Произведения А.Д. Головина печатались в альманахах «Южный Урал» и «Каменный пояс».