Większość zasięgu zajmują dzięcioły białogłowe podgatunku nominatywnego. Występują od gór południowo-zachodniej Kanady (południowo-środkowa Kolumbia Brytyjska) po zachodnie USA – od wschodniego Waszyngtonu i zachodniego Idaho na południe po południowo-środkową Kalifornię. W Idaho zamieszkują tereny na zachód od południka 115°W. Dalej na południe ich zasięg sięga północno-wschodniego, środkowego i środkowo-południowego Oregonu; tutaj, podobnie jak w Waszyngtonie, w Górach Kaskadowych dzięcioły białogłowe zasiedlają głównie wschodnie stoki. Stamtąd na południe zasięg ich występowania zajmuje poszczególne pasma Gór Nadbrzeżnych, a dociera najdalej do hrabstwa Colusa. Dalej w głąb lądu ciągnie się przez Sierra Nevada oraz na wschód do zachodnich rubieży Nevady, w okolice jeziora Tahoe.
Przedstawiciele L. a. gravirostris zamieszkują góry południowo-zachodniej Kalifornii od gór San Gabriel i San Bernardino po Laguna Mountains. Granica zasięgu występowania tego i nominatywnego podgatunku leży w Transverse Ranges. Na Mount Pinos występuje prawdopodobnie mieszana populacja;