Issu d'une famille aristocratique russe, Victor Goloubew reçoit une solide formation classique. Violoniste virtuose, il parle couramment plusieurs langues et poursuit des études supérieures à Saint-Pétersbourg avant de se rendre à l'université d'Heidelberg, où il obtient, en 1904, le titre de docteur en philologie avec une thèse sur la traduction allemande de Marivaux et une spécialité dans les études d'histoire de l'art et d'archéologie. Il s'établit ensuite à Paris, où il rassemble une riche collection de peintures chinoises et de miniatures persanes. Il se rend aussi à plusieurs reprises en Italie, où il découvre dans la peinture du Quattrocento vénitien l'influence des civilisations orientales.
Il entreprend en 1910 un voyage d'étude en Inde et à Ceylan. Il en ramène une importante documentation photographique, en partie publiée par son ami l'éditeur belge van Oest dans une édition de luxe Ars Asiatica. De retour en France, il est chargé d'un cours sur l'art de l'Inde à l'École des langues orientales et collabore avec Henri d'Ardenne de Tizac à plusieurs expositions du musée Cernuschi.
Lors de la première guerre mondiale, il est accrédité auprès du gouvernement français comme représentant de la Croix Rouge russe. C'est à cette époque qu'il s'initie aux méthodes d'observation aérienne et se lie avec le Maréchal Pétain, auquel il restera toujours fidèle. Par la suite, ruiné par la révolution russe, il continue de fréquenter les milieux orientalistes. Il fait la connaissance de Louis Finot, qui soumet sa candidature à l'Académie des inscriptions et belles-lettres. Il est nommé membre temporaire de l'EFEO en 1920 et participe à l'installation du pavillon de l'EFEO à l'Exposition coloniale de Marseille en 1922.
En Indochine, il se consacre à des travaux photographiques pour le musée cam de Tourane (Ars Asiatica, 1922), ainsi que pour les monographies d'Angkor Vat (EFEO, 1929-1932) et de Bantey Srei (EFEO, 1926). Il publie également une analyse du Harihara de l'Asram Maha Rosei (Études asiatiques 1, 1925) et, avec Louis Finot, une étude du symbolisme du monument de Neak Pean, dans laquelle est mise en évidence sa consécration à Lokeçvara (BEFEO 23) ; ce travail est complété par la publication de l'étude iconographique du cheval Balaha (BEFEO 27). Il est alors nommé membre permanent de l'EFEO pour les études d'histoire de l'art (1925), puis, en 1927, secrétaire-bibliothécaire. La même année, il entreprend des fouilles à Sambor Prei Kuk (BEFEO 27), puis s'intéresse à la civilisation ancienne du Thanh-Hoa (BEFEO 29).
En 1931, il se rend en France, afin d'organiser l'installation des collections de l'EFEO à l'Exposition coloniale de Vincennes. Homme public, bénéficiant de ses nombreuses relations, il va devenir, selon une expression de George Coedès, « l'ambassadeur intellectuel de l'École », donnant de nombreuses conférences, tant en France qu'à l'étranger, dans des domaines variés touchant l'histoire de l'Inde et de l'Indochine. Il met également à profit ses contacts pour développer des collaborations entre l'aéronautique militaire et l'École : des photos aériennes, suivies de prospections, révèlent les traces de nombreux aménagements urbanistiques (enceintes, chaussées, canaux, douves) (1933 à 1936). Il s'intéresse également à l'art indien et est chargé d'une mission sur des sites nouvellement découverts et visite Virampatnam (Pondichéry).
Il s'engage cependant de manière de plus en plus évidente dans la collaboration. En 1941, il adhère à la Légion des combattants de Hanoi, crée un organe de propagande franco-japonais et part donner plusieurs conférences à Tôkyô et à Kyôto, à l'invitation du gouvernement japonais et de la Société pour le développement des relations culturelles internationales.
Sa mort à Hanoi pendant l'occupation japonaise, en avril 1945, à la suite d'une maladie, passe presque inaperçue. Il reste, pour longtemps, l'« oublié » de l'École française d'Extrême-Orient et n'a pas droit à une notice nécrologique dans le BEFEO, jusqu'aux longs articles rédigés par Louis Malleret, vingt ans plus tard (1964, 1967). Esthète, Victor Goloubew donne aux travaux de l'École une grande résonance. Toutefois, ses interprétations audacieuses, mais souvent aléatoires, donnent lieu à des débats publics qui mettent en cause les méthodes de travail et l'objectivité de l'École (Gaspardone, déc. 1936). De plus, son rôle dans les grandes manifestations coloniales et ses engagements personnels sur le rôle de l'École en Indochine, expliquent l'ostracisme dont il a longtemps été l'objet.
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