Родился 20 января 1900 года в Симферополе.



Закончив гимназию, Головня поступает в Херсонский политехнический институт на агрономический факультет. В 1921 году институт преобразовали в Сельскохозяйственный техникум. Желая получить высшее образование, Анатолий оставляет техникум и отправляется в Москву. Он намеревался поступить в Петровскую (ныне Тимирязевскую) сельскохозяйственную академию, на факультет механизации сельского хозяйства, но приём в академию уже был закончен. Случайно прочёл в Известиях" о наборе на факультет киноинженеров Государственного техникума кинематографии (ГТК). Головня решение поступать, чтобы не терять год, а там будет видно. Успешщно сдаёт экзамены и, уже будучи принятым, выясняет, что факультет готовит не киноинженеров, а кинооператоров. Что это такое, никто толком не знает. Головня остаётся в техникуме, с тем чтобы остаться в кино навсегда.


В 1935 году получил почётное звание "Заслуженный деятель искусств РСФСР", в 1966 году - "Доктор Искусствоведения, и в 1980 году - "Герой Социалистического Труда".



Умер 25 июня 1982 в Москве.