Историк, автор трудов по истории русского военно-морского флота. В 1838 г. окончил Морской корпус в офицерском чине; служил на Черноморском и Балтийском флотах. В 1845 г. был произведен из лейтенантов в штабс-капитаны и назначен преподавателем математики в Московский кадетский корпус. В 1848 г. вышел по болезни в отставку и с 1852 г. некоторое время работал в Императорской публичной библиотеке (Санкт-Петербург) в чине титулярного советника; затем до 1860 г. служил в дворцовом ведомстве. В 1868 г. вернулся во флотское ведомство и стал переводчиком в ученом отделении Морского технического комитета. Многие годы сотрудничал с журналом "Морской сборник"; в 1879 г. был назначен помощником редактора журнала. В 1884 г. вышел в отставку в чине действительного статского советника и уехал за границу; в 1899 г. вернулся в Россию.
Многолетняя научная и литературная деятельность В. Ф. Головачева была посвящена почти исключительно морскому делу и, главным образом, истории флота. Им были опубликованы многочисленные статьи в "Морском сборнике" и других периодических изданиях, среди которых выделялся ряд очерков об англо-бурской и русско-японской войнах. Известность получили его труды по истории русского флота в XVIII–XIX вв., особенно работы "Чесменское сражение в его политической и стратегической обстановке и русский флот в 1769 г.", "Действия русского флота во время войны России со Швецией в 1788–1790 годах" и "История Севастополя как русского порта". Кроме того, им были написаны работы о норманнах в Америке, о коммерческом флоте Финляндии, о значении флота для России на основании ее истории и многие другие.