27-åringen, som kom genom stadens akademi, lämnade för att läsa 2006 efter att ha gjort 15 framträdanden.
Golbourne, som gick med i Vargar i augusti 2013 och spelade 92 gånger för Wanderers, skulle ha varit utan kontrakt på Molineux i slutet av säsongen.
"Scott är en Bristol pojke och det är viktigt för oss", sade interimschef John Pemberton.
"Han har varit här förut, han är atletisk och någon vi behöver för den här fotbollsklubben."
Vänstern ansluter sig till nya lånesigneringar Lee Tomlin, Alex Pearce och Ben Gladwin på Ashton Gate.
Colchester United manager Kevin Keen har också bekräftat för BBC Essex att League One klubben har avvisat ett annat erbjudande för midfielder Alex Gilbey från City.
Förra veckan sa Keen att U har fått ett "skämtbud" för 21-åringen.
Samtidigt, höger tillbaka Luke Ayling förväntas vara avsides i upp till sex veckor efter att ha genomgått operation på hans brosk.
Hitta alla de senaste fotbollsöverföringarna på vår dedikerade sida.
Bristol City har omsignerat före detta försvarare Scott Golbourne från vargar på ett två och ett halvt års avtal.