Родился 18 ноября 1936 года в Париже в семье русских эмигрантов.
Он друг детства Марины Влади. Окончил Французскую академию художеств Поль Колэн. В 1956 году с родителями переехал в СССР. Окончил ВГИК по специальности «художник-постановщик». В институте близко познакомился с Андреем Кончаловским, весьма интересовавшимся Западом. Работал на фильмах Кончаловского, Андрея Тарковского, Юлия Райзмана, Глеба Панфилова.
В СССР был трижды женат: на актрисах Жанне Болотовой (во время учёбы во ВГИКе), Ирине Купченко (после съёмок «Дворянского гнезда», 1969) и Наталье Аринбасаровой. От последней у него дочь — Екатерина Двигубская (род. 1974), актриса, кинорежиссёр и писательница.
В 1982 году Двигубский женился на француженке Француазе Экюрё, вернулся в Париж.
Он продолжал работать художником-постановщиком в разных проектах : в 1983 в Ковент-Гардене в Лондоне на опере " Борис Годунов" в постановке А. Тарковского, в 1985 в театре Ла Скала в Милане на опере "Евгений Онегин" в постановке А. Кончаловского, в 1989 на фильме "Борис Годунов" А. Жулавского и в 1990 на телефильме " Человеческий Голос" Франсиса Пуленка в постановке Питера Медака.>br />
С 1991 писал картины в своём замке в Нормандии.
Умер 25 октября 2008 года во Франции.