Offret köade efter mat vid avdelningskontoret på St Georges Street, Canterbury omkring kl. 02.15 GMT i fredags när överfallet inträffade.
Undersökande officerare sade att tre män gick in i restaurangen och började vara högljudda och stöta på människor.
Man tror att en i gruppen sedan sätter ljus på kvinnans hår.
Poliser har släppt övervakningsbilder av tre män som de vill tala med angående attacken.
Det Sgt Barry Carr sade: " Lyckligtvis släcktes elden snabbt och offret blev inte allvarligt skadat, men saker och ting kunde uppenbarligen ha blivit mycket värre.
"Detta var en otäck och extremt farlig sak att göra, och jag uppmanar alla som känner igen männen i CCTV-bilderna att kontakta mig så snart som möjligt."
En kvinna fick sitt hår satt i brand i en "nasty och extremt farlig" attack på en McDonalds restaurang i Kent, sade polisen.