Родился 14 марта 1958 г. в Челябинске.

Доктор исторических наук (1996), профессор (2000), член-корреспондент РАН (2003).

Окончил исторический факультет Омского университета, прошел специализацию по кафедре этнографии Московского государственного университета (1980).

Преподавал в школе (1980–1982), Тобольском педагогическом институте (1982–1990).

С 1990 г. работает в Институте истории и археологии УрО РАН: старший (1990–1999), ведущий (1999–2003), главный (с 2003) научный сотрудник. Руководитель ряда крупных исследовательских проектов института (проекты «Арктическая культурология», «Этнология и визуальная антропология Северной Евразии», «Tracing Cultural Change in Northwest Siberian», «Север в этнокультурной истории России») и в рамках программ Президиума РАН (проекты «Модели экосоциальной адаптации на Севере Евразии: локальные и магистральные культуры», «Диалог культур и этничность в контексте колонизации»). Главный редактор академического журнала «Уральский исторический вестник» (с 2007). Основатель и директор Этнографического бюро (с 1991).

Исследователь-полевик с 30-летним стажем экспедиционных работ на Ямале, Таймыре, Гыдане, Северном Урале, Европейском Севере России, Чукотке, в Югре, Якутии, Скандинавии, на Аляске и в других областях Арктики и Субарктики среди ненцев, селькупов, энцев, хантов, манси, коми-зырян, чукчей, эвенков, якутов, сибирских и уральских татар, русских поморов, староверов, сибирских старожилов. Главное направление научной деятельности – культуры и народы Северной Евразии, антропология движения, этнофеноменология, мифология, киноантропология.

Автор концепции антропологии движения, метода феноменологии культур в измерении динамики и статики, исследования культуры как четырехмерной системы, один из основоположников российской визуальной антропологии. Перу А. В. Головнева принадлежит более 200 научных работ, включая пять монографий. Автор-концептуалист экспозиции «Связь времен» Музея Природы и Человека (г. Ханты-Мансийск).

Читал лекции в университетах России (Екатеринбург, Магадан, Новосибирск, Омск, Челябинск), Германии (Berlin-Humboldt), Норвегии (Tromso), США, (Dartmouth College, Arkansas, Brown), Финляндии (Helsinki, Lapland).

С 2004 г. – профессор кафедры истории России Уральского университета; читает курсы лекций «Историческая антропология», «Этническая история Северной Евразии», «Визуальная антропология».

Кинорежиссер, автор серии научно-документальных фильмов. Лауреат многих российских и зарубежных кинофестивалей, в частности обладатель гран-при Первого и Второго Российских фестивалей антропологических фильмов (1998, 2000), премии им. Андриеса Слапиньша (Smithsonian Institution, USA, 1994). Президент Российского фестиваля антропологических фильмов и Кочующего Северного кинофестиваля.