İstanbul Üniversitesi, Fen Fakültesi, Kimya Bölümü’nden 1951 den Kimya Y. Mühendisi olarak mezun oldu. İstanbul Üniversitesi, Eczacılık Fakültesi’nde 1956 yılında Analitik Kimya alanında Prof. Dr. Rasim Tulusun danışmanlığında tamamladı. Fulbright bursu alarak 1960-62 yılları arasında Amerika’da Minesota Üniversitesi, Eczacılık Fakültesi’nde Prof. Dr. Gisvold’un laboratuarında iki yıl kalarak doktora sonrası çalışmaları yaptı. 1962 de İ. Ü. Eczacılık Fakültesine döndü. 1963 Yılında Arizona Üniversitesi, Eczacılık Fakültesi’nden bir NIH projesinde çalışmak üzere Prof. Dr. R. Cole’den davet alarak tekrar Amerika’ya gitti ve 1967 yılına kadar NIH’in “Plant Screening Programme for Cancer Research” programı çerçevesinde Arizona yerli halkının kansere karşı kullandığı bitkilerin kimyasal ve biyolojik etkilerini araştırarak laboratuar başkanı olarak çalıştı ve kansere aktif glikoproteinleri tesbit edip yapısal çalışmalar yaptı, bitkilerden elde ettiği bazı glikoproteinler klinik incelemelere alındı. Türkiye’ye döndükten sonra 100 kadar bitki ekstresinin antikanser etkili bileşenlerini inceledi ve en aktif olarak Colchicum ve Merendera türlerini, özellikle de Merendera caucasica türünü buldu, ancak bu türden elde ettiği antikanser özellikli colchicum alkaloitlerinin çok toksik olması nedeniyle çalışmalar ilaç olma aşamasına dek sürdürülemedi. Dr. Ulubelen yaptığı bu çalışmalarla Amerikan Eczacılık Birliği tarafından 1962, 1963 ve 1964 de Genç Bilim İnsanı ödülleriyle ödüllendirildi.

1967 de Türkiye’ye dönen Dr. Ayhan Ulubelen aynı yıl İ.Ü. Eczacılık Fakültesi’nde çok genç yaşta Profesör ve Kürsü Başkanı oldu ve takibeden yıllarda Salvia türleri üzerinde yoğun olarak çalışmış ve pek çok abietan diterpen izole ederek yapılarını modern NMR ve kütle spektrumu teknikleriyle aydınlatmıştır. Bitkilerden elde edilen doğal bileşiklerin yapı tayini çalışmalarında NMR’ı yoğun olarak Türkiye’de kullanan ilk bilim insanıdır ve hatta organik kimya alanında da Türkiye’de NMR’ın yaygın olarak kullanılmasına öncülük edenlerdendir. Salvia türlerinin yanı sıra Lamiaceae familyasına ait diğer başka türleri de incelemiş ve sadece spektroskopik yöntemlerle yapı tayini değil, ekstrelerin yanı sıra pek çok saf bileşiğin çeşitli biyolojik ve farmakolojik aktivitelerini yurt içi ve yurt dışı ortak çalışmalarla incelemiştir. Özellikle Salvialardan elde ettiği di- ve triterpenler, steroitler ve hatta flavonoitlerin sitotoksik, antibakteriyel, kardiyovasküler ve antioksidan etkilerini incelemiş ve bazı abietan diterpenleri oldukça yüksek antitüberküloz aktivite gösterirken bazıları da yüksek sitotoksik aktiviteler göstermiştir.

Prof. Ulubelen Lamiaceae familyasının yanı sıra bazı Compositae familyası bitkilerini ve Rutaceae Familyası’ndan Ruta ve Haplopappus türleri üzerinde çalışmalarını sürdürmüş ve pek çok alkaloit, lignan ve kumarin elde ederek yapılarını tayin etmiştir. Prof. Ulubelen’in alkaloidler üzerindeki araştırmaları Aconitum ve Delphinium türleri üzerinde devam etmiş ve Delphinium türlerinden pekçok diterpen alkaloit izole ederek yapılarını tek ve çift dimensiyonlu NMR teknikleri ile aydınlatmıştır.

Tüm çalışmalarını 250 si SCI indeksli dergilerde olmak üzere 300’ü aşkın makale olarak yayınlamış ve pek çok kitaba bölüm yazarak katkıda bulunmuştur ve bu çalışmalarına 3000’ü aşkın atıf almıştır. 20 kadar yüksek lisans ve doktora öğrencisi yetiştirmiş ve doktora danışmanlığını yaptığı öğrencilerinden 6 bilim kadını çeşitli Üniversitelerde Profesör olmuş, erkek doktorantlarından ikisi sonradan Amerika da araştırmalarını sürdürmüş, diğer bazıları da eczane açmayı yeğlemiştir. Dr. Ulubelen sürekli olarak diğer üniversitelerden pek çok genç araştırıcıya laboratuvarının kapılarını açmıştır. TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi, Temel Bilimler Araştırma Enstitüsü, Kimya Bölümü’nde Bitki Kimyası Grubuna 10 yıl danışmanlık yapan Prof. Ulubelen 1985 de Türkiye Kimya Derneği’nin ilk onursal üyesi olma payesine erişmiştir. NATO Bilimsel Komitesi’ne Türkiye yi temsilen seçilerek 1986-1990 yılları arasında hizmet vermiş olan Prof. Ulubelen 1991 de TÜBİTAK Bilim Ödülü’nü almıştır. 1994 yılında TÜBA asli üyeliğine seçilmiş, bu üyelik 2011 yılı Kasım ayındaki istifasına kadar devam etmiştir. Prof. Dr. Ayhan Ulubelen 2003-2009 yılları arasında ise IUPAC’ın Chemrawn Komitesi’nde önce yardımcı, daha sonra asli üye olarak hizmet vermiştir. 1998 Yılında emekli olan Prof. Dr. Ayhan Ulubelen’in çalışmaları son yıllarda grubunun antioksidan ve anti-Alzheimer etkili bileşiklerin doğadan keşfi üzerinde yaptıkları araştırmaları destekleyerek sürmektedir.