Som bibliotekar og musikkforsker nedla Øystein Gaukstad et stort arbeid for folkemusikken. Han publiserte også en mengde bøker og artikler om temaer fra norsk musikkhistorie, bl.a. en rekke komponistbibliografier.
Etter fullført examen artium 1932 fortsatte Øystein Gaukstad med filologiske studier ved Universitetet i Oslo, hvor han 1939 ble cand.philol. med historie hovedfag, norsk og tysk bifag. Hovedoppgaven var en biografi om Christian Sinding. Parallelt med dette studerte Gaukstad ved Musikkonservatoriet i Oslo orgel og klaver med bl.a. Nicolai Dirdal og Arild Sandvold, samt musikkteori og komposisjon med Gustav Lange og Karl Andersen, senere også med Magne Elvestrand.
Arbeidet med Sinding-biografien vakte Gaukstads interesse for arkivarbeid, og 1938 ble han ansatt som volontør (aspirant) ved Universitetsbiblioteket i Oslo. Etter å ha arbeidet i forskjellige andre avdelinger begynte han 1943 i bibliotekets musikkavdeling, Norsk musikksamling (NMS), hvor han 1947 fikk fast ansettelse som universitetsbibliotekar og bestyrer for samlingen. 1974 ble han førstebibliotekar, en stilling han hadde til han tok avskjed 1981.
1946 publiserte Gaukstad sammen med Knut Thalberg en artikkel som ble en programerklæring for mye av det arbeidet som skulle oppta ham i årene fremover: “Hva kan gjøres for norsk folkemusikk?”. Her tok de opp det store behovet for å registrere det omfattende folkemusikalske kildematerialet som fantes, bl.a. i NMS, et materiale som på grunn av mangelfull registrering var utilgjengelig for de fleste interesserte. Dessuten manglet det oversikt over den store mengde bøker og artikler om folkemusikk som hvert år ble publisert i årbøker, tidsskrifter og aviser. Skulle man gjøre seg håp om å kunne utnytte det store kilde- og litteraturtilfanget på en noenlunde rasjonell måte, måtte det et stort og grunnleggende registreringsarbeid til, et arbeid som forfatterne i artikkelen trakk opp retningslinjene for.
I årene som fulgte gikk Gaukstad med stor energi inn for å realisere dette programmet, og utgav bl.a. Norsk folkemusikk. Ein bibliografi (1951), Melodi- og tekstregister til Catharinus Ellings opptegnelser av folkemusikk (1953), “Ludvig Mathias Lindeman. Bibliografi II. Folkemusikk” (1972), som ble videreført i Ludvig Mathias Lindemans samling av norske folkeviser og religiøse folketoner (1997). En viktig del av dette registreringsarbeidet består i melodiregistreringen, som skjer etter et system som Gaukstad selv utarbeidet. Dette systemet, som han har beskrevet nærmere i Registrering av norsk folkemusikk (1946), vakte betydelig oppmerksomhet i nordisk folkemusikkmiljø.
Men også andre deler av norsk musikkforskning fikk nyte godt av Gaukstads bibliografiske flid. Allerede 1939 gav han ut “Sinding-bibliografi”, og i årene 1943–68 fulgte bibliografier over Grieg, O. M. Sandvik, J. Haarklou, Sparre Olsen, H. Borgstrøm, Harald Sæverud og David Monrad Johansen. 1957 gav han ut Edvard Grieg: Artikler og taler, som var et verdifullt bidrag til Grieg-forskningen. Parallelt med dette nedla han et stort og viktig arbeid i utviklingen av NMS.
Gaukstad var styremedlem i Norske Musikklæreres Landsforbund 1946–52 og i flere år eksaminator og sensor ved forbundets opptaksprøver. Han ble æresmedlem av foreningen 1967. 1946–58 var han dessuten medlem av styret i Oslo Musikklærerforening, de siste seks år som formann.
1972–83 var Gaukstad medlem av Norsk kulturråds klassikerutvalg. Han var bidragsyter til bl.a. Gurvin og Ankers musikkleksikon, Norsk Allkunnebok, Gyldendals store konversasjonsleksikon, Kristen sang og musikk og Sohlmans musiklexikon. 1964–80 var han medlem av redaksjonen for Norsk musikktidsskrift. Han var æresmedlem i Kirsten Flagstad International Society, som han var med på å stifte 1975. 1973 fikk han tildelt Kongens fortjenstmedalje i gull, og 1982 ble han utnevnt til æresmedlem i Samfundet för Visforskning, Stockholm.
Årene etter at Gaukstad tok avskjed som bestyrer for NMS var nesten utelukkende viet arbeidet med å utgi L. M. Lindemans folketoneopptegnelser, et arbeid som han så vidt rakk å få gjort ferdig før han døde (bind 2 utgis 2001). Sammen med et foreløpig upublisert utvalg av O. M. Sandviks folketoneopptegnelser, den epokegjørende avhandlingen Toner fra Valdres (1973) og samlingen med et utvalg av Ole Tobias Olsens folketoneopptegnelser, Folketonar frå Nordland (1982), kroner utgivelsen av Lindemans opptegnelser et av norsk musikkforsknings betydeligste livsverk.