Медичну освіту здобула у Київському медичному інституті, який закінчила у 1991 році. У 1991-1992 навчалась в інтернатурі на кафедрі інфекційних хвороб НМУ імені О. О. Богомольця. У 1992-1993 працювала лікарем-інфекціоністом інфекційного центру в 14-ій міській клінічній лікарні імені Жовтневої Революції м. Києва.
З 1993 року працює на кафедрі інфекційних хвороб НМУ імені О. О. Богомольця: 1993-2005 — асистент; 2005-2009 — доцент; з 2009 — завідувач кафедри.
У 2002 році захистила дисертацію на здобуття наукового ступеня «кандидат медичних наук» на тему «Некардіальні ускладнення дифтерії у дорослих» (науковий керівник — академік НАМН України, професор Ж. І. Возіанова). У 2009 році захистила дисертацію на здобуття наукового ступеня доктора медичних наук на тему «Можливості контролю за перебігом та ефективністю лікування хронічного гепатиту С за допомогою неінвазивних методів діагностики» (науковий консультант — академік НАМН України, професор Ж. І. Возіанова). У 2014 році присвоєно вчене звання «Професор».
Є заступником Голови експертної ради з питань проведення експертизи дисертаційних робіт з напрямку «медицина» Міністерства освіти і науки України, заступником Голови Республіканської проблемної комісії «Інфекційні та паразитарні хвороби» МОЗ України, членом спеціалізованої вченої ради по захисту дисертацій на здобуття вченого ступеня кандидата/доктора медичних наук при ДУ «Інститут епідеміології та інфекційних хвороб імені Л. В. Громашевського АМН України».
З 2012 року — головний редактор журналу «Клиническая инфектология и паразитология (международный научно-практический журнал)». Входить до редакційних колегій медичних часописів «Гепатологія», «Практикуючий лікар», «Туберкульоз, легеневі хвороби, ВІЛ-інфекція». Є членом Міжнародної асоціації медицини мандрівників (International Society of Travel Medicine).
Є одним з головних фундаторів запровадження в Україні для її громадян Державної програми лікування хворих на вірусні гепатити В і С, яка успішно виконується з початку 2014 року. Також є одним з фундаторів впровадження в Україні плану Європейського Союзу стосовно елімінації вірусу гепатиту C в Європі.
Кафедра інфекційних хвороб НМУ імені О. О. Богомольця, яку очолює О. А. Голубовська, є опорною для кафедр, які викладають навчальну дисципліну «Інфекційні хвороби» в додипломній підготовці фахівців за спеціальностями «Лікувальна справа», «Педіатрія», «Медико-профілактична справа», «Стоматологія», «Медична психологія» у вищих медичних навчальних закладах України.
2016 року нагороджена медаллю Київського Патріархату «За жертовність і любов до України».
24 січня 2020 року введена до оперативного штабу щодо недопущення занесення і поширення на території України випадків захворювань, спричинених новим коронавірусом виявленим у місті Ухань (провінція Хубей, Китай).
21 лютого 2020 року призначена членом тимчасової робочої групи з питань реформування системи охорони здоров'я України.
24 квітня 2020 року нагороджена медаллю ВТО «Орден» «Честь і служба» за самовіддану працю у боротьбі з пандемією коронавірусної хвороби 2019.
16 червня 2020 року нагороджена Орденом Української Православної Церкви святої рівноапостольної княгині Ольги за заслуги перед УПЦ.
19 червня 2020 року нагороджена державною нагородою України Орденом княгині Ольги ІІІ ступеня.
З 1.06 2020 року є членом робочої групи з розробки протоколів надання медичної допомоги хворим на коронавірусну хворобу (COVID-19).
З 2.07 2020 року входить до Медичної ради при Міністерстві охорони здоров'я України.
Основні напрямки наукової діяльності: питання організації медичної допомоги хворим на інфекційні хвороби, проблеми вірусних гепатитів, дифтерії, грипу, медицини подорожей та хвороб мандрівників, тропічної медицини, нейроінфекцій, ультразвукової діагностики при інфекційних хворобах, ВІЛ-інфекції. Як завідувач кафедри вона багато уваги приділяє розробці новітніх засад викладання навчальної дисципліни «інфекційні хвороби». Голубовська О. А. є організатором і головою оргкомітету багатьох науково-практичних конференцій з міжнародною участю, бере активну участь з доповідями у заходах ВООЗ, численних науково-практичних конференціях за межами України.
Автор більше 200 наукових робіт, з них — 3 підручники, 5 навчальних посібників, наукова монографія «Малярія», 18 навчально-методичних статей та тез, має 10 патентів, в тому числі 1 патент України.
Підготувала 5 кандидатів медичних наук.