В 1949-1952 годах был тренером команды мастеров женского клуба ЛГС "Спартак" (Ленинград), в 1953-1966 годах — старшим тренером и начальником команды СКА (Рига, Латвия). Под его руководством рижская команда пять раз становилась чемпионом СССР, трижды — в 1957, 1958 и 1959 годах — обладателем Кубка европейских чемпионов.
В 1966-1988 годах занимал должность главного тренера вооруженных сил и ЦСКА. Привел ЦСКА к 15 титулам чемпиона Советского Союза и трем титулам обладателей Кубка европейских чемпионов (в 1963, 1969 и 1971 годах).
В 1962-1970 годах и 1976-1988 годах возглавлял сборную команду СССР по баскетболу. Под его руководством команда восемь раз выигрывала звание чемпионов Европы, дважды — чемпионов мира (1967 и 1982 годы), победила на Олимпиаде в Сеуле в 1988 году.
Тренировал баскетбольные команды в Испании, Франции и США. В 1991-1992 годах был президентом Российской федерации баскетбола. С декабря 1997 года занимал должность президента баскетбольного клуба ЦСКА.
Воспитал более 50 заслуженных мастеров спорта.Автор книг "С мячом по странам", "Будни баскетбола", "Управление командой в баскетболе", "Вечный экзамен", "Баскетбол завоевывает планету", "Центровые", "Тактика и техника", "Библия баскетбола", "Баскетбол. Секреты мастера" и многих других.
Воинское звание — полковник. Профессор, кандидат педагогических наук, заслуженный тренер СССР (1956 год), заслуженный тренер Литвы (1982 год), заслуженный работник физической культуры России (1993 год), судья международной категории, четырежды (1967, 1977, 1982 и 1988 годы) признавался лучшим тренером СССР. За заслуги в развитии армейского спорта и баскетбола награжден орденами Трудового Красного Знамени, Красной Звезды, Дружбы народов, двумя орденами "Знак почета", многими медалями. За выдающиеся спортивные достижения в 1998 году был удостоен Олимпийского ордена Славы.
Отец четырех сыновей.
Брат Евгений Гомельский — заслуженный тренер СССР и РСФСР, много лет возглавлял женский клуб "Динамо" (Москва), в качестве тренера женской сборной объединенной команды стал чемпионом Олимпиады 1992 года в Барселоне. В настоящее время занимает должность президента баскетбольного клуба "Динамо".