Антон Головатый родился в 1732 году в Новых Санжарах Полтавской губернии в семье зажиточного малороссийского казачьего старшины. Он учился в Киевской академии, но не завершил обучение, сбежав в Запорожскую Сечь. Причины этого поступка неизвестны, но, вероятно, его вдохновили идеалы казачества и военная деятельность. В 1757 году, в возрасте 25 лет, он стал казаком в Сечи.

Историк Скальковский отмечает, что Головатый был выдающимся казаком Кущевского куреня. Благодаря своей грамотности, он был назначен в команду при кошевом атамане. Через пять лет его избрали куренным атаманом, что было редкостью для столь молодого человека. В 32 года он уже командовал тысячным отрядом в боях с татарами на реке Бердь. Головатый участвовал в двух турецких войнах и других сражениях, особенно отличившись при взятии крепости на острове Березань, за что получил орден Святого Георгия.

Антон Головатый проявил себя не только как военный, но и как общественный деятель. В 1768 году он стал писарем и ездил в Петербург за жалованьем. В 1774 году его отправили в столицу для защиты прав запорожцев на земли. Екатерина II обещала прощение и предложила казакам выбрать депутатов для переговоров. Однако вскоре Потемкин, не нуждаясь больше в казаках, приказал разрушить Сечь.

После разрушения Сечи Головатый и Сидор Белый стремились возродить казачество. Благодаря усилиям Головатого, запорожцы получили возможность служить в конвое Екатерины II и создать Черноморское казачье войско, переселившееся на Кубань. Головатый разработал внутренние порядки войска и отменил Войсковую Раду, что стало шагом к частной собственности на землях.

Головатый стал войсковым судьей и вторым лицом после атамана Захария Чепиги. Несмотря на популярность при дворе, казаки считали его человеком себе на уме. Он был примерным семьянином, женился на Ульяне Порохне и имел шестерых сыновей и дочь. После смерти жены и дочери воспитание детей взяла на себя его сестра.

Историк Федор Щербина описывает Головатого как религиозного человека, приверженца патриархальных традиций. Он построил несколько церквей и жертвовал на церковь. Головатый ценил обычаи и иерархию, стремился к чинам и орденам, но не стеснялся использовать казаков для личной выгоды.

В 1797 году Головатого избрали кошевым атаманом, но он умер от лихорадки после персидского похода, не успев узнать об этом. Его похоронили недалеко от Баку, на берегу Каспия.