Атанас Голомеев зпочва да тренира баскетбол в "Спартак". Първото си участие в националния отбор записва на 17-годишна възраст. Докато следва, се състезава за "Академик", а след това играе в "Левски Спартак".

Атанас Голомеев печели приза "Най-добър реализатор" на европейското първенство и избран е в идеалната петорка на континента през 1977 година.

За период от 3 години е начело на Българската федерация по баскетбол.

Бившият национал Атанас Голомеев ще бъде приет в Залата на славата на Международната федерация по баскетбол (FIBA). Церемонията по награждаване ще се състои на 30 август 2019 г. в хотел "Шератон" в Пекин. Той е вторият български състезател с подобно признание след Ваня Войнова.