Wydział Operatorski łódzkiej Filmówki ukończył w 2001 roku. Był autorem zdjęć do filmów Machulskiego, Zanussiego, Jandy czy Stuhra. Doświadczenie, który wtedy zdobywał, przydało mu się, gdy na planie stanął w roli reżysera. Holoubek podkreśla, że znajomość specyfiki różnych zawodów filmowych jest w pracy reżyserskiej sporym ułatwieniem.
Jak mówił w wywiadzie dla „Newsweeka”, z oczekiwaniami, które miało wobec niego otoczenie z uwagi na nazwisko, poradził sobie ostatecznie, gdy nakręcił Słońce i cień (2007) – dokumentalny film o Gustawie Holoubku. W jego realizacji pomógł Tadeusz Konwicki, który nie tylko pojawił się na ekranie jako rozmówca legendarnego aktora, ale też wspierał gwałtownie podupadającego na zdrowiu przyjaciela oraz jego syna podczas całego procesu tworzenia filmu.
Po dokumencie o ojcu Holoubek jako reżyser wrócił na plan kilka lat później – w 2014 roku zrealizował wyemitowany w TVP mockument Pocztówki z Republiki Absurdu przedstawiający alternatywną wizję historii, w której Polska wciąż pozostaje krajem komunistycznym.
Sukcesem okazał się kolejny projekt przygotowany przez Holoubka na mały ekran – w 2018 roku premierowo emitowany był reżyserowany przez niego serial kryminalny Rojst, napisany wspólnie z Kasprem Bajonem. Historia osadzona została w fikcyjnym polskim miasteczku w latach 80. XX wieku. Na ekranie oglądać można było m.in. Andrzeja Seweryna, Dawida Ogrodnika, Piotra Fronczewskiego i Zofię Wichłacz. Rok później Holoubek wyreżyserował kilka odcinków serialu Odwróceni. Ojcowie i córki.
