Самой первой актерской работой Головина стали съемки в клипе Найка Борзова "Три слова", где юному артисту было всего десять лет. Через два года Саша получил небольшую роль в фильме "Бледнолицый лжец" Виталия Москаленко, где также снимались такие известные актеры как Сергей Безруков, Анна Самохина и Екатерина Гусева.
​
Следующим этапом стала главная роль в фильме "Повелитель луж", где он сыграл маленького кадета морского училища Ваню. Светловолосый кадет небольшого роста покорил зрителей. Эта роль во многом определила будущее амплуа молодого артиста.
​
После выхода фильма Головин снялся в юмористическом киножурнале "Ералаш", где Саша принял участие в тринадцати выпусках.
​
Вместе с тем юный актер, не собираясь останавливаться на достигнутом, решил попробовать себя на театральных подмостках. Александр прошел пробы в детскую труппу мюзикла "Норд-Ост" и вошел в историю как первый исполнитель роли Сани Григорьева в детстве в первом российском мюзикле. Головин, не занимавшийся профессионально музыкой, с удивлением обнаружил у себя вокальные таланты.

В последние годы Александр снимается преимущественно в комедиях ("Елки", "Елки 2", "Елки 3", "Елки 1914", "ЧБ", "12 месяцев", "В спорте только девушки") и сериалах ("Папины дочки", "Правила угона"). Головин также занимается озвучиванием мультипликационных фильмов ("От винта!", "Печать царя Соломона") и активно снимается в музыкальных клипах. Так, актер снимался в клипах Мики Ньютон, Дмитрия Нестерова, а также дуэта DJ Smash и Натальи Подольской. Кроме того, Головин спел дуэтом с Настей Кудрей. 
​
Театральный опыт Александра Головина насчитывает более десятка спектаклей, среди которых встречаются как работы по мотивам уже нашумевших проектов ("Мы играем Ералаш", "Курсантский блюз"), так и пьесы, основанные на классических произведениях ("Декамерон", "Вий"). Отсутствие диплома театрального вуза не мешает ему выступать в составе труппы Московского Независимого театра и собирать овации у восхищенного зала.