После окончания Московского университета Владимир Васильевич Голубев работал преподавателем математики в высших учебных заведениях Москвы: Институте инженеров путей сообщения (1914 г.), Московском высшем техническом училище (с 1915 г.). В 1917 г. он стал профессором Саратовского университета, в котором проработал до 1930 г.

В 1932 г. В. В. Голубев приглашен в ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского на должность заведующего кафедрой высшей математики, которую возглавлял до 1954 г.

Одновременно Владимир Васильевич работал в Московском университете на кафедре аэродинамики сначала профессором, а затем заведующим кафедрой и деканом механико-математического факультета университета. Принимал участие в создании Института механики при МГУ, где занимал пост директора с 1936 по 1954 г.

Основные направления научной деятельности В. В. Голубева связаны с теорией аналитических функций комплексного переменного, их приложением к аэродинамике. Он является одним из основоположников теории граничных свойств аналитических функций. В области аэродинамики В. В. Голубевым получены основополагающие результаты по теории крыла конечного размаха, методам учета механизации крыла, теории вихревого сопротивления, теории машущего полета.

Награжден орденом Ленина, орденом Трудового Красного Знамени, 4 орденами Красной Звезды и многими медалями.