Выступала за сборную СССР с 1985 по 1992 год. Её рекорд по количеству золотых медалей чемпионатов мира был превзойдён только в 2010-х годах немецкой биатлонисткой Магдаленой Нойнер (на её счету в итоге 12 золотых медалей). Единственное личное золото Головина выиграла на чемпионате мира 1987 года в финском Лахти в спринтерской гонке.