Golovin har (pr. august 2018) spillet 23 kampe og scoret tre mål for det russiske landshold. Han debuterede for holdet 7. juni 2015 i en venskabskamp mod Hviderusland. Her scorede han det ene mål i den russiske sejr på 4-2. Han blev udtaget til den russiske trup til EM 2016 i Frankrig, samt til Confederations Cup 2017 og VM 2018, begge på hjemmebane.