Андрей Головин родился в 1950 году в Москве. В 1976 году окончил Московскую государственную консерваториюимени П. И. Чайковского (класс композиции профессора Евгения Голубева, класс инструментовки профессора Юрия Фортунатова), в 1979 году – ассистентуру МГК.
С 1975 года – преподаватель класса композиции Государственного музыкального училища имени Гнесиных, с 1989 года – преподаватель кафедры композиции и инструментовки Российской академии музыки имени Гнесиных, с 2002 года – профессор.
Среди сочинений Головина – опера «Первая любовь» по одноименной повести Тургенева, балет «Бемби» по мотивам сказки Зальтена, четыре симфонии, «Восемь стихотворений графа Василия Комаровского» для сопрано с оркестром, Cantod’attesa для скрипки с оркестром, «Антифоны памяти протоиерея Михаила Правдолюбова» для симфонического оркестра, Sinfoniaconcertante для гобоя и симфонического оркестра, симфоническая фреска «Селение небесное», «Немая Вега» – девять стихотворений русских поэтов для сопрано и симфонического оркестра, Канцона для виолончели и струнного оркестра, «Музыка для струнных»,камерно-инструментальные, вокальные, хоровые и фортепианные произведения, музыка к 17 кинофильмам, телесериалам и театральным постановкам.
Его произведения звучали в исполнении Госоркестра России имени Е. Ф. Светланова, Большого симфонического оркестра имени П. И. Чайковского, Государственной академической симфонической капеллы России, Симфонического оркестра Мариинского театра, Госоркестра Республики Татарстан,Уральского молодежного симфонического оркестра, Симфонического оркестра Би-би-си, Филармонического оркестра Брно, оркестров Парижской и Руанской консерваторий, Московского камерного оркестра Musica Viva, Государственного камерного оркестра «Виртуозы Москвы» и других известных коллективов.
Музыку Андрея Головина исполняли знаменитые дирижеры и солисты, в числе которых Владимир Федосеев, Валерий Гергиев, Владимир Вербицкий, Александр Рудин, Валерий Полянский, Миша Дамев, Игорь Жуков, Юрий Башмет, Максим Федотов, Эстер Ю, Млада Худолей. С 1994 года Андрей Головин выступает в качестве дирижера – интерпретатора собственных произведений.
В 1998 году композитор был удостоен звания лауреата Премии Правительства Москвы в области литературы и искусства за оперу «Первая любовь». В 2024 году стал обладателем Приза имени Микаэла Таривердиева «За лучшую музыку к фильму» на российском кинофестивале «Кинотавр».
