Gubajdulina började sin karriär som tonsättare 1963. 1975 grundade hon Astreja-ensemblen tillsammans med Vjatjeslav Artjomov och Viktor Suslin. Ensemblen specialiserade sig på avantgardistisk improvisation samt bevarande och utveckling av folkmusiken i Kaukasien och de asiatiska delarna av Ryssland.
I sin egen musik har Gubajdulina kommit att inspireras av alla former av rituell musik samt främst kristen och orientalisk mystik. Kompositionerna befinner sig ofta i spänningsfältet mellan "noterad" improvisation och seriell musik inom modernism. Tre av musikens kännetecken är massiva tonkluster, kraftfulla accenter samt hastiga och accelererande växlingar i halvtonsintervaller.