Родилась 29 марта 1925 г. в Свердловске в семье профессиональных музыкантов. Окончила Уральскую государственную консерваторию имени М.П. Мусоргского по классу фортепиано Б.С. Маранц, одновременно обучалась в классе композиции у В. Н. Трамбицкого. Народная артистка России и СССР, Заслуженный деятель искусств России (1975), лауреат Государственной премии СССР, Государственной премии России имени А.В. Александрова, премии имени Ленинского комсомола, награждена орденами: «За заслуги перед Отечеством» III степени (8 июня 2005), «За заслуги перед Отечеством» IV степени (17 марта 2000), «Дружбы» (2 августа 1997); медалями: «За трудовое отличие», «За освоение целинных земель». С 1993 г. является членом Фонда мира.

Талантливый и широко образованный музыкант, великолепный педагог, автор сочинений, развивающих традиции русской классики, – такой вспоминают О.А.Головину ее коллеги и ученики. Многие ее произведения – балет, опера, романсы – могут сегодня достойно представлять уральскую музыкальную культуру на филармонических сценах и в педагогической практике.