Кэти Холмс родилась в 1978 году в городе Толидо штата Огайо. Семья Кэти была очень религиозной — в детстве Холмс ходила в католическую академию для девочек.
Родители, впрочем, не стали ограничивать ее в выборе профессии — в 14 лет Кэти решила попробовать себя в модельном бизнесе. Через два года она стала участницей конкурса Международной ассоциации модельного бизнеса и таланта, после которого подписала контракт с актерским агентством.
Ее дебютом в кино стала роль в фильме Энга Ли «Ледяной ветер». После него Холмс предложили сыграть одну из главных партий в «Баффи — истребительнице вампиров», но девушке пришлось отказать из-за учебы. Популярность Кэти принесла роль уже в другом сериале — «Бухте Доусона», где девушка сыграла одну из главных героинь.
Параллельно со съемками в «Бухте» Холмс продолжала сниматься и в большом кино. Она сыграла в «Непристойном поведении», «Экстази», «Убить миссис Тингл», «Вундеркинде», «Даре» и «Телефонной будке». За 27 лет актерской карьеры Кэти Холмс примерила на себя много образов — от подружки Бэтмена Рэйчел Доуз, за которую актриса получила номинацию на «Золотую малину», до роли Жаклин Кеннеди в историческом мини-сериале.
В 2015-м Холмс начала еще и режиссерскую карьеру. На ее счету пока пять фильмов, и практически во всех из них Кэти играет главные или ключевые роли.
О личной жизни Холмс сейчас ничего неизвестно. После развода с Томом Крузом в 2012-м Кэти встречалась с актером и стендапером Джейми Фоксом, шеф-поваром Эмилио Витоло и музыкантом Бобби Вутеном III. Второй раз замуж актриса так и не вышла.