Головной вагон — вагон моторвагонной секции, электропоезда, дизель-поезда или электропоезда метро, имеющий кабину или отсек с органами управления, с помощью которых машинист управляет поездом.
В отличие от локомотива, головной вагон поезда предназначен для использования только в моторвагонном подвижном составе и, как правило, не используется для вождения поездов других типов. Может быть как моторным, так и прицепным.
Головной вагон, как правило, по конструкции отличается от промежуточных, однако существуют электропоезда, в которых кабину управления имели все вагоны, например, производившиеся в СССР вагоны метро до вагона Ем включительно.
В головных вагонах электропоезда устанавливается, кроме оборудования прицепного вагона, ещё и кабина машиниста с органами управления. За счёт этого пассажирский салон вагона имеет меньшую вместимость, чем прицепной.
В большинстве электропоездов, спроектированных и строившихся в СССР и России, головные вагоны не имеют полного комплекта оборудования, необходимого для автономной работы, а потому могут использоваться только в составе электросекций, состоящих из нескольких вагонов (в том числе моторного). Одно из исключений — ЭР22, в котором всё силовое электрооборудование было смонтировано в головном вагоне, являвшемся одновременно и моторным. Головные вагоны ЭР22 можно использовать и автономно.
В дизель-поездах головной вагон, кроме кабины управления, имеет дизельный отсек, где установлена силовая установка (дизель, генератор при электропередаче или насос при гидропередаче), вспомогательные агрегаты. Дизельный отсек отделён шумоизолирующими перегородками от кабины машиниста и от пассажирского салона.