Wybitny aktor teatralny i filmowy, także reżyser. Urodził się 21 kwietnia 1923 roku w Krakowie. W 1939 roku, jako szesnastolatek, brał udział w kampanii wrześniowej i trafił do niewoli niemieckiej - przebywał w obozie jenieckim w Altengrabow, później w Toruniu. Do Krakowa wrócił w 1940 roku.W czasie wojny należał do tajnego kółka aktorskiego, a tuż po wyzwoleniu, wstąpił do krakowskiego Studia Dramatycznego przy Teatrze Słowackiego, które ukończył w 1947 roku. 

Choć zagrał wiele znaczących ról filmowych, uważany jest głównie za aktora i twórcę teatralnego (przede wszystkim sam się za takiego uważa). Na początku kariery aktorskiej w teatrach krakowskich grywał głównie niewielkie role komediowe. Debiutował w 1947 roku rolą Charysa w „Odysie u Feaków” w Teatrze Starym. 

W 1949 roku przeniósł się do Katowic, gdzie pozostawał do 1956 roku. Zagrał kilka ważnych ról (m.in. tytułową role w „Fantazym” Słowackiego), to tutaj zadebiutował też jako reżyser (1951 - „Trzydzieści srebrników” Howarda Fasta); a jako dyrektor artystyczny zaprosił do współpracy Tadeusza Kantora. W 1957 roku ze względów zdrowotnych (choroba płuc) przeniósł się do Warszawy. 

Grał w Teatrze Polskim, Dramatycznym (tytułowa rola w „Hamlecie” 1962) i Narodowym, gdzie wystąpił m.in. w tytułowej roli w „Ryszardzie II” Szekspira (1964) oraz w roli Konrada-Gustawa w historycznej inscenizacji „Dziadów” (1968) w reżyserii Kazimierza Dejmka. Kiedy władze odwołały Dejmka ze stanowiska dyrektora Teatru Narodowego, aktor – wraz z rzeszą innych – również opuścił ten teatr i związał się z Teatrem Dramatycznym, gdzie przez dziesięć lat (1972-82) pełnił funkcję dyrektora. 

Czynił to zresztą znakomicie – to za jego „kadencji”, teatr wyraźnie odżył - działała w nim plejada znakomitych aktorów i reżyserów, wystawiano sztuki w USA i RFN, a repertuar dobierany był z dbałością, i był bardzo urozmaicony (wystawiano zarówno sztuki klasyczne, jak i współczesne). W Teatrze Dramatycznym wyreżyserował m.in. „Zemstę” Fredry (1975) i „Hamleta” (1979).

Kiedy w 1983 roku władze usunęły Holoubka ze stanowiska dyrektora tego teatru, ponownie współpracował z Dejmkiem, tym razem w Teatrze Polskim. Od 1989 roku Holoubek współpracuje, także jako dyrektor artystyczny, z Teatrem Ateneum. Aktor wystąpił ponadto w blisko 100 spektaklach Teatru TV, dla którego również sam reżyserował.

W filmie aktor zadebiutował w 1953 roku, rolą Feliksa Dzierżyńskiego w „Żołnierzu zwycięstwa” Wandy Jakubowskiej. W 1957 roku zagrał główną rolę w „Pętli” Wojciecha Jerzego Hasa. Z Hasem współpracował później jeszcze wielokrotnie: dwa lata później wystąpił u niego w filmie „Wspólny pokój”, w 1964 roku zagrał w „Rękopisie znalezionym w Saragossie”, w 1973 – w „Sanatorium pod klepsydrą”, a w 1982 – w „Nieciekawej historii”. 

Grał Wita Stwosza w „Historii żółtej ciżemki” Sylwestra Chęcińskiego (1962), profesora w „Gangsterach i filantropach” Jerzego Hoffmana (1962) oraz Andrzeja Keniga w „Prawie i pięści” (1964) tego samego reżysera. Do współpracy z Hoffmanem powróci 30 lat później, dzięki roli senatora Kisiela w „Ogniem i mieczem” (1999).

W 1966 partnerował Beacie Tyszkiewicz na planie serialu „Marysia i Napoleon” Leonarda Buczkowskiego (w roli Napoleona), pojawił się także w roli tytułowej w komediowym „Klubie profesora Tutki” Andrzeja Kondratiuka. Kilkakrotnie współpracował z Tadeuszem Konwickim (1965 „Salto”, „Jak daleko stąd, jak blisko” 1971, „Lawa” 1989, nominacja do Nagrody Aktorskiej na FPFF w Gdyni). 

W 1978 roku zagrał w głośnym „Szpitalu przemienienia” Edwarda Żebrowskiego, w 1981 – w jednym z filmów z nurtu Kina Moralnego Niepokoju- „Limuzyna Daimler-Benz” Filipa Bajona. W 1988 roku wystąpił w roli Wolanda w telewizyjnej adaptacji „Mistrza i Małgorzaty” w reżyserii Macieja Wojtyszki. Dla filmu reżyserował dwukrotnie: jeden z odcinków „Spóźnionych przechodniów” (1962) oraz filmową wersję „Mazepy” Juliusza Słowackiego (1975).

Wielokrotnie występował jako narrator, lektor, bądź „głos” w różnego rodzaju filmach („Sól ziemi czarnej” Kazimierza Kutza, „Błękitny krzyż” Andrzeja Munka, „Tytus, Romek i A’Tomek”). 

Gustaw Holoubek jest profesorem PWST w Warszawie. W latach 1989 – 91 był senatorem RP. W latach 1970-81 prezes ZASP-u. 

Jest laureatem szeregu nagród, m.in. Nagrody Państwowe I, II, i III stopnia odpowiednio z 1978 i 1966 (I),1953 (II) i 1952 (III) roku, Nagroda Ministra Kultury i Sztuki I stopnia 1972, Złota Maska 1962, Srebrna Maska 1963, 1965 i 1966, Super Wiktor 1994, 1995 - Złoty Laur „Przekroju”, 1998 – Krzyż Kawalerski Orderu Odrodzenia Polski, 1998 – doroczna Nagroda Ministra Kultury i Sztuki w dziedzinie teatru, 2001 – tytuł Mistrza Mowy Polskiej, 2005 – Nagroda Specjalna za Szczególne Osiągnięcia, wręczona podczas festiwalu Camerimage w Łodzi, 2005 – Medal „Zasłużony kulturze”, przyznany przez Ministra Kultury oraz wiele indywidualnych nagród za role teatralne. 

W 1998 roku odcisnął swoją dłoń na Promenadzie Gwiazd w Międzyzdrojach. Należy do nielicznego grona osobowości aktorskich, których specyficzny charakter zawsze dominuje nad graną postacią. 

Gustaw Holoubek zmarł 6 marca 2008 roku w wieku 85 lat.