Игорь Головатенко родился в 1980 году в Саратове. В 1997–2000 гг. учился в Саратовской государственной консерватории имени Л. В. Собинова по специальности «виолончель», в 2005 году окончил Московскую государственную консерваторию имени П. И. Чайковского по специальности «оперно-симфоническое дирижирование» (класс профессора Геннадия Рождественского). Сольному пению обучался под руководством профессора Академии хорового искусства имени В. С. Попова Дмитрия Вдовина.
Лауреат премии Casta Diva в номинации «Певец года» (2018). Лауреат международных конкурсов «Три века классического романса» в Санкт-Петербурге (2008, I премия), Competizione dell’Opera в Москве (2011, II премия).
Профессиональный дебют певца состоялся в 2006 году: он принял участие в российской премьере «Мессы жизни» Фредерика Дилиуса с хором АХИ и Национальным филармоническим оркестром России под управлением Владимира Спивакова. В 2007–2014 гг. был солистом Московского театра «Новая опера» имени Е. В. Колобова.
В 2010 году дебютировал в Большом театре в партии доктора Фалька («Летучая мышь» И. Штрауса). С 2014 года – солист оперной труппы ГАБТа. Регулярно сотрудничает с Татарским академическим государственным театром оперы и балета имени Мусы Джалиля в Казани.
В числе зарубежных ангажементов – спектакли в Метрополитен-опере, Лирической опере в Чикаго, Опере Лос-Анджелеса, Баварской государственной опере в Мюнхене, Национальной опере в Париже, Венской государственной опере, лондонском Королевском театре Ковент-Гарден, Римской и Цюрихской операх, Театре Сан-Карло в Неаполе, дрезденской Земпер-опере и многих других известных театрах, а также на престижных фестивалях в Зальцбурге, Глайндборне, Экс-ан-Провансе, Саволинне, Уэксфорде, имени Верди в Парме.
В репертуаре певца – Онегин, Елецкий, Роберт, Лионель («Евгений Онегин», «Пиковая дама», «Иоланта», «Орлеанская дева» Чайковского), Ренато, Амонасро, Жермон, Граф ди Луна, Дон Карлос, Яго, Родриго, Франческо, Симон Бокканегра, Риголетто («Бал-маскарад», «Аида», «Травиата», «Трубадур», «Сила судьбы», «Отелло», «Дон Карлос», «Разбойники», «Симон Бокканегра» и «Риголетто» Верди), Фигаро, Дон Альваро («Севильский цирюльник», «Путешествие в Реймс» Россини), Щелкалов («Борис Годунов» Мусоргского), Лопахин («Вишневый сад» Филиппа Фенелона, мировая премьера), Марсель, Леско («Богема», «Манон Леско» Пуччини), Доктор Малатеста («Дон Паскуале» Доницетти) и многие другие партии.
Ведет активную концертную деятельность, сотрудничает с Российским национальным оркестром, Национальным филармоническим оркестром России, Государственным симфоническим оркестром «Новая Россия». Выступает в программах камерной музыки.
Заслуженный артист России (2018).
