Родился 2 января (15 января по новому стилю) 1906 года в селении Керс Карсской области (ныне территория Турции), в крестьянской семье. Армянин.
Образование неполное среднее.
Член ВКП(б)/КПСС с 1925 года. В Красной Армии в 1920—1925 годах, 1930—1933 годах и с 1940 года. Участник Гражданской войны. В 1924 году окончил пехотную школу, а в 1940 году — курсы «Выстрел». Участник Великой Отечественной войны с июня 1941 года.
Батальон 159-й стрелковой бригады (28-я армия, Южный фронт) под командованием старшего лейтенанта Гукаса Мадояна в ночь на 8 февраля 1943 года занял железнодорожный узел — часть станции «Ростов-на-Дону», а утром возглавил сводный отряд бригады, с которым с 8-го по 14 февраля 1943 года оборонял ростовский вокзал. За шесть дней героической обороны отряд Г. К. Мадояна отразил тридцать две контратаки врага, но удержал вокзал до подхода подкрепления.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 31 марта 1943 года за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецко-фашистским захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм старшему лейтенанту Мадояну Гукасу Карапетовичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 731).
В боях за освобождение Польши, под городом Дембица, славный сын армянского народа был тяжело ранен. В 1944 году он окончил Военную академию имени М. В. Фрунзе. В том же году подполковник Мадоян Г. К. — в отставке по болезни.
Жил в столице Армении — городе Ереване. Работал советником Председателя Совета Министров Армянской ССР. Был депутатом Верховного Совета Армянской ССР (1947, 1951, 1955, 1959).
Умер 11 июня 1975 года в Ереване.