Народився як четвертий із семеро дітей у сім'ї сільського псаломщика: його батько — Нестор Никифорович Головко, закінчив духовну школу в Кам'янці-Подільському і одруживсь у 1904 з Теклею Миколаївною Машкевич.
Олекса закінчив семирічну школу (1924), опісля — агрономічну школу в Красносільці (1928) та літературний факультет Ленінградського університету (1931). Згодом стає членом Ленінградської Асоціації Пролетарських Письменників та Всеукраїнської спілки пролетарських письменників (ВУСПП).
Працював редактором у Харківському радіокомітеті (1932—1933), виконував обов'язки відповідального секретаря журналу «Червоний шлях» (1933—1934).
Літературний дебют О. Гай-Головка відбувся у 1931, коли у Дніпропетровському літературному журналі «Зоря» було надруковано його поезію «Балада про Федька». Навесні 1934 видав першу збірку поезій «Штурмові балади».
Наприкінці Другої світової війни О.Гай-Головко перебував у Австрії, потім у таборах для переміщених осіб у Німеччині: працював редактором літературно-мистецького відділу журналу «Пу-Гу» (Західна Німеччина, 1946—1947). У 1948 — виїхав до Британії.
У 1949 прибув до Канади, поселився у Вінніпезі, де був співредактором «Українського голосу» (1950—1952). У 1956, маючи фах агронома, отримав посаду на дослідній станції Канадського департаменту агрокультури, де й займався науково-дослідницькою діяльністю (1956—1975) до виходу на пенсію. Між 1959 і 1961 роками створив понад сорок статей про українських письменників в Канаді. У 1987 переїхав до Суррей, передмістя Ванкуверу в Британській Колумбії.
Після проголошення незалежності України відвідав рідні землі. Йому зразково влаштовано творчий вечір київською організацією Спілкою письменників України в Києві у Будинку вчителя (колишній будинок Центральної Ради), про що заздалегідь були розклеєні на київських вулицях оголошення. З тієї нагоди його було поновлено у Спілці письменників України.
Гай-Головко О. Скоропадський: Трагедія. Тернопіль: Тайп, 1999. 65 с.
Гай-Головко О. Вірші // Хрестоматія української літератури в Канаді. Едмонтон, 2000. С. 98-103.
Гай-Головко О. Воля без волі: Роман. Тернопіль : Тайп, 2004. 150 с.
Література
Гай-Головко Олекса // Енциклопедія Українознавства: Словникова частина / Голов. ред. В. Кубійович. Репринт. відтворення. — К., 1993. — Т. 1. — С. 336.
Безпечник І. Олекса Гай-Головко і його смертельна дорога // Нові дні. — 1984. — № 5. — С. 13-15.
Гуралечко М. До 80-ліття Олекси Гай-Головка // Нові дні. — 1990. — № 7-8. — С. 3.
Сварог В. На висхідній дорозі // Нові дні. — 1971. — № 254. — С. 3-6.
Славутич Яр. Українська поезія в Канаді // Українська література в Канаді. Вибрані дослідження, статті й рецензії. — Едмонтон: Славута, 1992. — С.97-98.
Сорока П. Літературно-творчий портрет Олекси Гай-Головка. — Тернопіль, 1996. — 144 с.
Oleksa Hai-Holovko // Ukraine a concide encyclopedia. 988—1988 / Edited by Halyna Petrenko [ S. l. : s. n.]. — P. 161.
Українська діаспора: літературні постаті, твори, біобібліографічні відомості / Упорядк. В. А. Просалової. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2012. — 516 с.