Заслуженный деятель искусств РСФСР (1954). Лауреат Сталинской премии второй степени (1946).
Л. Ф. Голованов родился в 1904 году в Самаре.
Работал чертёжником в Самаре и в Самарканде.
В 1922 году поступил на Археолого-этнографические курсы при Самарском университете. В 1923—1928 годах учился в Москве в студии Д. Н. Кардовского. Работал иллюстратором («Гвардии рядовой» Л. Пантелеева, 1944; «Зоя» М. И. Алигер, 1945 и др.).
В 1936—1938 годах преподавал в МАРХИ, в 1938—1941 годах — МГХИ имени В. И. Сурикова. В годы Великой Отечественной войны занимался выпуском плакатов. С 1943 года в Студии военных художников имени М. Б. Грекова. Станковая графика «В суровом походе» (1944), «Возвращение победителей» (1945).
Л. Ф. Голованов умер в 1980 году в Москве.