2004

Golovin sensacyjnie doszła do czwartej rundy Australian Open 2004, eliminując po drodze Marie-Gaïané Mikaelian, Annę Smasznową i Linę Krasnorucką^[4]. Swój udział w zawodach zakończyła pojedynkiem z Lisą Raymond, zakończonym wynikiem 2:6, 0:6^[5].

Jako 135. tenisistka świata wystąpiła na hali w Paryżu, osiągając półfinał, po triumfach nad Smasznową, Danielą Hantuchovą i rozstawioną z drugim numerem Jeleną Diemientjewą. W meczu o finał została zatrzymana przez swoją rodaczkę, Mary Pierce. Wyniki te dały Golovin miejsce w gronie stu najlepszych zawodniczek rankingu WTA.

W marcu osiągnęła czwartą rundę w Miami, włączając do grona pokonanych przez siebie przeciwniczek między innymi Dinarę Safinę i Jelenę Janković. W czerwcu w Birmingham po raz pierwszy zagrała w finale, gdzie została pokonana przez Mariję Szarapową^[6]. Golovin awansowała potem do czwartej rundy Wimbledonu, gdzie wyeliminowała ją Serena Williams^[7].

W sierpniu przedostała się do czwartej rundy w Montrealu i trzeciej rundy US Open. Po turnieju nowojorskim po raz pierwszy sklasyfikowano ją w czołowej trzydziestce rankingu WTA. Na koniec roku wystąpiła w finale Pucharu Federacji, w którym francuska reprezentacja uległa rosyjskiej 2-3.

Organizacja WTA przyznała jej nagrodę w kategorii Debiut Roku za osiągnięcia w sezonie 2004.

2005

W styczniu 2005 osiągnęła kolejny półfinał turniejowy, tym razem w Gold Coast. Triumfowała między innymi nad Safiną i Pennettą^[8][9]. W Australian Open odpadła na etapie drugiej rundy, zostawiając w pokonanym polu jedynie Ľudmilę Cervanovą. W lutym zagrała w półfinale w Tokio, wyeliminowana przez Dinarę Safinę.

Awansowała do czwartej rundy zarówno w Indian Wells, jak i w Miami i w obydwu przypadkach przegrała z Jeleną Diemientiewą^[10].

W kwietniu w Charleston odnotowała zwycięstwa nad Venus Williams^[11][12] i Nadieżdą Pietrową, zatrzymując się dopiero na późniejszej mistrzyni, Justine Henin-Hardenne, z którą przegrała wynikiem 6:7(4), 5:7.

W Birmingham nie obroniła punktów za finał z poprzedniego sezonu. W półfinale trafiła ponownie na Szarapową i została pokonana 7:5, 6:1^[13]. W turniejach wielkoszlemowych odnotowała trzecią rundę w Paryżu i pierwszą w Londynie; w czerwcu po raz pierwszy sklasyfikowano ją wśród 20. najlepszych tenisistek świata.

Po serii słabszych występów na kortach twardych awansowała do półfinału w Seulu w październiku, gdzie nie sprostała Jelenie Janković.

9 października po raz drugi w karierze znalazła się w finale turniejowym. Miało to miejsce w Tokio. Francuzka wyeliminowała między innymi Ai Sugiyamę i Sanię Mirzę, ale musiała poddać decydujący mecz z Nicole Vaidišovą z powodu uraz kończyny dolnej^[14][15].

2006

Rozpoczęła rok 2006 od ćwierćfinału w Gold Coast oraz porażek w pierwszych rundach Australian Open i w Tokio. Ponownie awansowała do półfinału w Paryżu, ogrywając kolejno Martę Domachowską, Sanię Mirzę i Nadieżdę Pietrową, a przegrywając z Amélie Mauresmo. Trzy z czterech półfinalistek tych zawodów były narodowości francuskiej i po raz pierwszy doszło do wewnątrzfrancuskiego finału, ponieważ rywalką Mauresmo w walce o puchar była Mary Pierce^[16].

W marcu awansowała do półfinału w Miami, pokonana przez Szarapową^[17]. Golovin poddała to spotkanie w połowie trzeciego seta z powodu skurczów mięśni.

W lipcu dostała się do jednej drugiej finału w Stanford.

Na przełomie sierpnia i września ustanowiła swój najlepszy wynik w historii występów w turniejach wielkoszlemowych w grze pojedynczej, dochodząc do ćwierćfinału US Open. W drugiej rundzie wygrała z Agnieszką Radwańską, następnie z Anną Czakwetadze i Nadieżdą Pietrową. W piątym meczu, po dwóch tie-breakach, uległa późniejszej mistrzyni, Mariji Szarapowej.

W październiku zagrała w finale w Stuttgarcie, ale w walce o mistrzostwo nie sprostała Pietrowej.

2007

Przegrała z Mauresmo w drugiej rundzie w Sydney, a następnie z Szachar Pe’er w trzecim meczu Australian Open. W ćwierćfinale w Paryżu stoczyła trzysetowy pojedynek z wiceliderką rankingu, Justine Henin, ulegając jej 2:6, 6:3, 3:6. Doszła do półfinału w Antwerpii, gdzie została zatrzymana przez Kim Clijsters. W marcu wystąpiła w jednej czwartej finału w Indian Wells.

8 kwietnia odniosła największy sukces w swojej dotychczasowej karierze singlowej, zdobywając swój pierwszy tytuł w WTA Tour. Triumfowała w Amelia Island po finale z najwyżej rozstawioną Nadieżdą Pietrową, zakończonym wynikiem 6:2, 6:1^[18]. W turnieju tym pokonała między innymi Venus Williams, Anę Ivanović i Samanthę Stosur.

Skreczowała w ćwierćfinale w Charleston w meczu przeciwko Safinie.

21 lipca 2007 ogłosiła, że jej nowym trenerem został wybitny szwedzki tenisista, Mats Wilander^[19].

W sierpniu zagrała w półfinale w Toronto, wyeliminowana przez Jelenę Janković. Po sensacyjnej porażce w pierwszej rundzie US Open, Golovin zdobyła swój drugi zawodowy tytuł, tym razem w Portoroż^[20]. W finałowym spotkaniu zwyciężyła reprezentantkę gospodarzy, Katarinę Srebotnik 2:6, 6:4, 6:4.

Będąca w imponującej formie Francuzka osiągnęła w październiku dwa kolejne finały, w Stuttgarcie^[21] i Zurychu^[22], a w każdym z nich nie sprostała liderce rankingu Justine Henin. W czasie tych dwóch tygodni ograła między innymi światowy numer dwa, Kuzniecową, numer cztery, Ivanović i numer sześć, Patty Schnyder.

24 października wycofała się z meczu otwarcia w Linzu z powodu kontuzji kolana^[23].

2008

W Australian Open 2008 została rozstawiona z numerem trzynastym; było to jej najwyższe w karierze rozstawienie w imprezie wielkoszlemowej. W drugiej rundzie trafiła na trzecią w światowym rankingu Jelenę Janković i przegrała w trzech setach.

Francuska tenisistka przez większą część roku zmagała się z bólem kręgosłupa, co spowodowało, że wystąpiła jeszcze tylko w dwóch imprezach WTA i jednej ITF. Badania lekarskie doprowadziły do rozpoznania u niej zesztywniającego zapalenia stawów kręgosłupa^[24].

W lutym Golovin klasyfikowana była na najwyższym w karierze, 12. miejscu w rankingu WTA.

W swoim ostatnim pojedynku przegrała w pierwszej rundzie w Berlinie w maju z Caroline Wozniacki 6:7(4), 2:6.

Francuzka wycofywała się z udziału w kolejnych zawodach w tym sezonie, w tym z drabinki głównej letnich igrzysk olimpijskich w Pekinie, nie ogłaszając nigdy oficjalnie zakończenia swojej kariery.

2019

13 września 2019 Tatiana Golovin poinformowała o swoim powrocie do profesjonalnej rywalizacji^[25].

13 października wzięła udział w eliminacjach do turnieju WTA w Luksemburgu i w swoim pierwszym meczu po wznowieniu kariery przegrała ze 134. w światowej klasyfikacji Kają Juvan 3:6, 1:6^[26].