Dwa lata po ukończeniu studiów związała się zawodowo z Muzeum Narodowym w Krakowie. Pełniła tam funkcję redaktora wydawnictwa (1974–1980), kierownika działu nowoczesnego polskiego malarstwa i rzeźby (1980–1996) oraz zastępcy dyrektora ds. naukowych i oświatowych (1996–2000). Pod nadzorem Mieczysława Porębskiego w 1985 przygotowała wraz z zespołem pracowników Galerię Sztuki Polskiej XIX wieku, a w 1991 zorganizowała w Gmachu Głównym Muzeum Narodowego Galerię Sztuki Polskiej XX wieku, która przez wiele lat była największą tego typu prezentacją sztuki współczesnej w Polsce i stanowiła bazę dla zorganizowanej na przełomie kilkanaście lat później nowoczesnej Galerii Sztuki Polskiej XX i XXI wieku[4].
W latach 2000–2015 Zofia Gołubiew była dyrektorem Muzeum Narodowego w Krakowie[5]. Uporządkowała sytuację prawną i lokalową muzeum[4]. Opracowała projekt przekształcenia czterech domów biograficznych – oddziałów Muzeum Narodowego: Domu Jana Matejki, Domu Józefa Mehoffera wraz z ogrodem, Muzeum Stanisława Wyspiańskiego oraz Muzeum Karola Szymanowskiego w willi „Atma” w Zakopanem[4]. Pod jej kierownictwem przeprowadzono remont konserwatorski Kamienicy Łozińskich, zakończono też czteroletni remont i modernizację Galerii Sztuki Polskiej XIX wieku w Sukiennicach. W 2007 po zakończeniu wieloletniego remontu konserwatorskiego jako oddział Muzeum Narodowego prezentujący sztukę średniowieczną urządzony został pałac biskupa Erazma Ciołka. Odzyskano dla muzealnych celów zabytkowy spichlerz, w którym utworzono Ośrodek Kultury Europejskiej Europeum[4][1]. W 2013 po zakończeniu generalnego remontu pałacu Czapskich otworzono w nim Europejskie Centrum Numizmatyki Polskiej. Zainicjowano działania związane z budową położonego w jego sąsiedztwie Pawilonu Józefa Czapskiego.
