Регалии: Заслуженный мастер спорта СССР; Заслуженный тренер СССР; олимпийский чемпион (1960) на двойке распашной без рулевого; серебряный призер чемпионата мира (1962) на двойке распашной без рулевого; серебряный призер чемпионата Европы (1959); 5-кратный чемпион СССР (1959-1963).
Родился 15 декабря 1934 года в Ленинграде (Россия).
Олег Голованов в дуэте с Валентином Борейко первенствовал на двойке распашной без рулевого на Олимпиаде-1960 в Риме. В финальном заезде советский экипаж более полутора секунд выиграл у соперников из Австрии, занявших второе место.
После Игр-1960 Голованову больше не удавалось побеждать на чемпионатах мира и Европы, а на Олимпиаде-1964 в Токио советская двойка распашная не сумела пробиться в финал, заняв итоговое 13 место.
Завершив выступления, Олег Сергеевич перешел на тренерскую работу. С 1978 по 1988 год работал тренером сборной СССР по академической гребле, в том числе на Олимпиаде-1980. Голованов подготовил нескольких победителей и призеров Олимпийских игр и чемпионатов мира, за что удостоился звания Заслуженный тренер СССР.
В дальнейшем работал преподавателем по академической гребле в Санкт-Петербургской школе высшего спортивного мастерства по водным видам спорта.
Скончался 24 мая 2019 года.