Окончил 9-летню школу № 36 (Москва), затем прошел 3 курса Высших государственных литературных курсов (ВГЛК). Владел английским, немецким, французским и итальянским языками. Трижды привлекался к уголовной ответственности по обвинению в контрреволюционной деятельности.
Впервые арестован 27 декабря 1928 года за участие в молодежной политической группировке левого течения (дело группы «Борьба»). Всего по этому делу проходило 8 человек. Во время следствия содержался во внутренней тюрьме ОГПУ (Б. Лубянка, д. 2). Приговорен к 5 годам концлагеря по ст. 58.11 УК РСФСР. После освобождения поселился в г. Егорьевске Московской области, устроился на работу в техническую библиотеку станкостроительного завода «Комсомолец».
В декабре 1935 года арестован повторно по обвинению в пропаганде идей фашизма (ст. 58.10 УК РСФСР), но после полугода пребывания в тюрьме оправдан по суду за отсутствием состава преступления.
В июне 1937 года — снова арестован и осужден к 5 годам ИТЛ (ст. 58.10 УК). Погиб в Усольлаге (п/я 244/9) при невыясненных обстоятельствах за несколько месяцев до конца срока. Похоронен там же в общей могиле.
По делу 1937 года реабилитирован в 1958 г., по делу 1928 года — в 1991 г.
Адрес в Москве: ул. 1-я Брестская, д. 18, кв. 2.
Адрес в Егорьевске: ул. 9-го Января, д. 21, позднее — ул. Новая, д. 21.
Головачев Дмитрий Михайлович (1869–1924). Приемный отец Виталия Дмитриевича Головачева. Дворянин, выпускник Историко-филологического факультета Императорского Московского Университета, действительный статский советник, преподавал в частной гимназии, которую содержала его супруга Елизавета Николаевна (урожд. Мисюра). После революции работал школьным учителем.
Головачев Сергей Дмитриевич (1904 г.р.). Старший брат Виталия Дмитриевича Головачева. В конце 1920-х годов работал техническим редактором периодических изданий.
Головачева Арина Витальевна (19.02.1937 — 07.10.2015). Дочь М.С. Петровых от второго брака с Виталием Дмитриевичем Головачевым. Окончила Московский текстильный институт, затем филфак МГУ по специальности «Славянская филология». Владела пятью иностранными языками: польский, чешский, словацкий, немецкий, английский. Работала в Институте славяноведения и балканистики АН СССР (РАН). Автор многочисленных научных публикаций, одна из главных составителей посмертных сборников М.С. Петровых.
Последние адреса в Москве:
С 1979 по 1999 г. — Ленинский проспект, д. 156, кв. 336. Т. +7 (495) 433-67-37.
С 1999 по 2015 г. — проезд Якушкина, д. 6., кв. 91. Т. +7 (499) 904-48-39.
Головачева (Беккер) Марианна Дмитриевна (1905 г.р.). Старшая сестра Виталия Дмитриевича Головачева. В переписке упоминается как Марианна, но в речи ее называли только Марьяна.
Муж — агроном Игорь Вячеславович Беккер, неоднократно подвергался репрессиям. Дети: Наталья, Дмитрий и Александр (умерший в младенчестве). У Дмитрия была жена Евгения.
Головкина Анастасия («Настя») Ивановна, урожд. Головачева (род. 01.03.1976). Писатель, документалист, лауреат литературных премий, внучка М. Петровых и исследователь ее архива.
Живет в Москве по адресу: Зеленодольская улица, д. 20/9.
Гордон Александр Витальевич (26.12. 1931 — 07.12.2020). Советский и российский кинорежиссер, сценарист, актер, муж Марины Арсеньевны Тарковской.
Городницкий Александр («Алик») Моисеевич (род. 20 марта 1933). Советский и российский ученый-геофизик, доктор геолого-минералогических наук, профессор, академик РЕАН, главный научный сотрудник Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН.
Поэт, автор-исполнитель, заслуженный деятель искусств Российской Федерации (2013), первый лауреат Государственной премии имени Булата Окуджавы (1999). В 2018 году его песня «Атланты» стала официальным гимном музея «Эрмитаж» в Санкт-Петербурге.
Горская Натэлла («Наташа») Всеволодовна (22.07.1928 — 24.07.2008). Русский поэт, переводчик с испанского, венгерского, чешского языков, а также языков народов СССР. Ученица Марии Петровых, участница семинара поэтов-переводчиков.
Грандицкая Вера Александровна. Вторая жена П.А. Грандицкого.
Грандицкая Марина Петровна (1947 г.р.). Дочь П.А. Грандицкого от второго брака, исследователь его творчества и биограф.