Родился в 1921 году в селе Василивка (ныне Жмеринского района Винницкой области Украины). Окончил среднюю школу. С 1941 года в рядах Красной Армии, призван Малинским РВК (Московской области). В 1942 году окончил Борисоглебскую военную авиационную школу пилотов и был направлен во 2-й ЗИАП Московского военного округа (станция Сейма, Горьковской области).

С 23 октября 1942 года сержант А. М. Головенко в действующей армии. Воевал в 3-м Гвардейском ИАП (235-й ИАД), летая на Ла-5. Прошёл путь от рядового пилота до командира звена. Боевую работу начал на Калининском фронте (в составе 1-го ИАК, 3-й Воздушной армии), с 8 ноября 1942 года сражался уже на Сталинградском фронте (в составе 2-го САК, 8-й Воздушной армии), с 3 января 1943 года - на Южном фронте (в составе той же 8-й Воздушной армии).

С начала марта 1943 года полк находился в резерве: в 7-м САК РСВГК (в тыловой полосе Юго-Западного фронта), с 30 апреля 1943 года - в Степном военном округе. 1 июня 1943 года младший лейтенант А. М. Головенко (воинское звание присвоено 29 марта 1943 года) приступил к боевой работе на Северо-Кавказском фронте (в составе 3-го ИАК Резерва СВГК, 4-й Воздушной армии). 5 июня 1943 года назначен старшим лётчиком. С 21 июля 1943 года воевал на Воронежском фронте (в составе 10-го ИАК, 2-й Воздушной армии).

13 августа 1943 года командир звена 3-го Гвардейского истребительного авиационного полка (235-я истребительная авиационная дивизия, 10-й истребительный авиационный корпус Резерва СВГК, 2-я Воздушная армия, Воронежский фронт) Гвардии младший лейтенант А. М. Головенко погиб в воздушном бою. К тому времени совершил около 30 боевых вылетов, провёл более 10 воздушных боёв и сбил лично 8 самолётов противника. Похоронен в совхозе имени Карла Либкнехта (Богодуховский район Харьковской области Украины).

Награждён орденом Красной Звезды (20.06.1943).