Родился 16 октября 1920 года в деревне Кадушенка (ныне Дубенского района Тульской области). Русский. Окончил 7 классов. Работал слесарем.
В мае 1939 года призван в РККА Дубенским райвоенкоматом. В феврале 1941 года окончил Орловское танковое училище в звании лейтенанта и был направлен в 18-ю танковую дивизию 7-го механизированного корпуса на должность командира танка Т-26. Член ВКП(б).
На фронтах Великой Отечественной войны с 22 июля 1941 года. Трижды тяжело ранен (7 марта 1942, 15 января 1944 и 31 марта 1944).
После прорыва немецкой обороны стрелковыми частями 1-го Белорусского фронта, танковая рота гвардии старшего лейтенанта И. В. Головина, действуя в глубине обороны противника, за 15 и 16 января 1945 года прошла с боями более 200 км. Рота участвовала в освобождении населённых пунктов Едлинск, Нове Място, Стрыкуев, Згеж, Александрув, Поддейбице и первой вышла в район северо-западнее города Лодзи. За двое суток непрерывных боёв рота перерезала три железнодорожных и несколько шоссейных магистралей, уничтожила 20 орудий, 5 танков, 1 САУ, 1 БТР, более 250 грузовиков и свыше 400 солдат и офицеров противника.
16 января 1945 года танковая рота форсировала реку Пилица на «плечах» отступающих немцев.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 27 февраля 1945 года гвардии старшему лейтенанту И. В. Головину присвоено звание Героя Советского Союза.
После войны продолжал службу в бронетанковых войсках. В 1945-1948 годах учился в Высшей бронетанковой школе (Ленинград). Затем до 1955 года в звании гвардии капитана и гвардии майора служил командиром танковой роты в 9-м гвардейском танковом полку (в/ч 43715) в городе Рустави (Закавказский военный округ). После увольнения в запас некоторое время жил и работал в Грузии, а затем переехал в Новомосковск, работал мастером на химкомбинате.
Умер 25 апреля 1965 года, похоронен в Новомосковске.
Мать — Мария Михайловна Головина, проживала в деревне Кадушенка.
Именем И. В. Головина названа улица в Туле.