Согласно официальным источникам советских времён, родился в городе Ростов-на-Дону в семье учителя; по другим сведениям, отец Виталия Губарева был из дворян, в ходе Гражданской войны отступил с белогвардейской армией и пропал где-то в Польше. Мать, Антонина Павловна, дочка священника, осталась одна с двумя детьми: старшим Виталием и младшим - Игорем. По естественным причинам им приходилось скрывать происхождение. Детство писателя прошло на хуторе станица Кущевская. Начал печататься с 14 лет, когда в ростовском журнале «Горн» был опубликован его первый рассказ «Гнилое дерево». Закончил 9 классов в Кущевской школе, где познакомился с Юлией Левтери, своей будущей женой. В 20 лет Губарев начал работать в журнале «Дружные ребята» — издании для сельских школьников. Затем работал в газете «Пионерская правда», через некоторое время став её главным редактором. В Москве Юлия Левтери, студентка МГПИ им.Ленина и Виталий Губарев встретились снова, полюбили друг друга. В 1936 году заключили официальный брак. Вместе прошли через тяготы Великой Отечественной войны. Юлия Левтери возглавила одну из центральных школ в г. Москве. Родилась дочь — Валерия, которая и стала прототипом главной героини - Яло в сказке "Королевство кривых зеркал". И, хотя этот брак впоследствии распался, Виталий Георгиевич всю жизнь поддерживал дружеские отношения с первой женой, дочерью и внучкой.
Впоследствии был женат на актрисе Тамаре Носовой и Ангелине Князевой. Больше детей не имел.
Начал публиковаться в 1931 году. Как журналист получил известность после освещения им убийства Павлика Морозова, был одним из создателей его легенды. В 1933 году Губарев написал об этих событиях книгу «Один из одиннадцати», позже переработанную в повесть «Павлик Морозов» и одноименную пьесу, которые впоследствии часто переиздавались в Советском Союзе и за рубежом. Примечательно, что различные варианты его книги сильно различаются по изложению событий как друг от друга (разное количество и содержание глав), так и от пьесы.
Как писатель-фантаст Виталий Губарев дебютировал в 1951 году повестью-сказкой «Королевство кривых зеркал», через год была создана одноимённая пьеса, а в 1963 году по книге был поставлен одноимённый кинофильм, пользовавшийся большой популярностью. И поныне известно не только это произведение, но и его фантастические сказки "Путешествие на Утреннюю звезду", "В тридевятом царстве", "Преданье старины глубокой".