Народився 10 серпня 1983 року у Харкові.
2004 року — закінчив юридичний факультет Харківського Університету внутрішніх справ та здобув кваліфікацію юриста. Доктор юридичних наук, доцент.
Має дружину Анну Костянтинівну Журавльову, яка працює на кафедрі внутрішньої медицини № 3 та ендокринології Харківського національного медичного університету.
Виховує двох синів — Олександра (2016 року народження) та Артема (2020 року народження).
08.2000 – 07.2008 - служба в органах внутрішніх справ, м. Харків.
07.2008 - 04.2009 - старший викладач кафедри цивільно-правових дисциплін навчально-наукового інституту права, економіки та соціології Харківського національного університету внутрішніх справ, м. Харків.
04.2009 - 07.2011 - доцент кафедри цивільно-правових дисциплін навчально-наукового інституту права та , економіки та соціології Харківського національного університету внутрішніх справ, м. Харків.
07.2011 - 07.2013 - заступник директора з навчально-методичної роботи навчально-наукового інституту права та масових комунікацій Харківського національного університету внутрішніх справ, м. Харків.
07.2013 – 11.2015 - заступник декана факультету з навчально-методичної роботи факультету права та масових комунікацій Харківського національного університету внутрішніх справ, м. Харків.
11.2015 – 11.2019 - декан факультету № 6 Харківського національного університету внутрішніх справ, м. Харків.
У 2018 році був претендентом на посаду судді Вищого антикорупційного суду України, але не пройшов конкурсний відбір.
2019 року під час виборів до Верховної Ради був довіреною особою кандидата в народні депутати від партії «Слуга народу» по виборчому округу № 180 девелопера Олексія Красова.
У жовтні 2019 уряд погодив призначення Олега Синєгубова головою Полтавської ОДА.
11 листопада 2019 року Президент України Зеленський призначив Синєгубова на посаду голови Полтавської обласної державної адміністрації. Звільнений 24 грудня 2021 року.
З 24 грудня 2021 року — голова Харківської обласної державної адміністрації.
З 2009 року має свідоцтво про право на заняття адвокатською діяльністю. З кінця 2019 року дію свідоцтва призупинено.
Окрім викладацької та наукової роботи Олег Синєгубов також є власником ТОВ «Насіння Слобожанщини» та ТОВ «Синєгубов, Соболєв та партнери». Він є співзасновником кількох комерційних підприємств, серед яких: ТОВ «Віката», яка займається операціями з нерухомістю; ТОВ «Сібоней сервіс», видом діяльності якого є консультування з питань комерційної діяльності й керування, та адвокатського об'єднання «Раскосов Лойес Груп».
04.10.2022