Кэти Холмс родилась 18 декабря 1978 года в городе Толидо штата Огайо. Отец — Мартин Джозеф Холмс-старший, адвокат, специализирующийся на бракоразводных процессах. Мать — Кэтлин Холмс, домохозяйка. У Кэти есть три старших сестры и брат: Тамера, Холли Энн, Нэнси Кэй и Мартин Джозеф Холмс-младший.
Будущая звезда воспитывалась в католической вере и посещала Королевскую Церковь Христа в Толидо. В 14 лет она начала посещать модельную школу, а в 1996 году была принята в Международную ассоциацию моделей и талантов в Нью-Йорке.
В 1997 году молодая актриса дебютировала в кино, сыграв Либбетс Касэй в картине Энга Ли «Ледяной ветер».
В 1998 году Кэти снялась в сериале «Бухта Доусона», который выходил до 2003 года и принес Холмс первую известность. За роль в триллере того же года «Непристойное поведение» актриса получила престижную премию «MTV Movie Awards» в номинации «Женский прорыв года».
Наибольшая известность пришла к Кэти в 2006 году после роли Рэйчел Доуз в экранизации комиксов «Бэтмен: Начало».
18 ноября 2006 года Кэти Хомлс вышла замуж за популярного актера Тома Круза, с которым она встречалась с 2005 года. 18 апреля, еще до официального брака, у пары родилась дочь Сури.
29 июня 2012 года Кэти Холмс подала на развод с Томом Крузом. 9 июля между бывшими супругами было подписано соглашение о разводе, согласно которому Холмс получила единоправную опеку над дочерью Сури. 20 августа Кэти Холмс и Том Круз официально развелись. Причиной разрыва стало увлечение актера саентологией и его попытки приобщить к этой религии Кэти и Сури.
Кэти Холмс: «Я освободилась наконец от чувства страха. У меня нет обширного свода правил, которым нужно неукоснительно следовать. И готова к новым испытаниям — я имею в виду работу, разумеется. Главное, категорически не хочу, чтобы меня и мою жизнь и карьеру ассоциировали только с моим браком и разводом с голливудской звездой».
Цитата взята из журнала «7 Дней», № 3 (14.01.2014)
За свою карьеру актриса сыграла более 20 ролей в таких фильмах, как: «Экстази» (1999), «Маппет-шоу из космоса» (1999), «Убить миссис Тингл» (1999), «Вундеркинды» (2000), «Дар» (2000), «Покинутая» (2002), «Телефонная будка» (2003), «Поющий детектив» (2003), «Праздник Эйприл» (2003), «Первая дочь» (2004), «Здесь курят» (2005), «Шальные деньги» (2008), «Элай Стоун» (2008), «Романтики» (2010), «Экстрамен» (2010), «Не бойся темноты» (2010), «Опасный квартал» (2011), «Клан Кеннеди» (2011), «Как я встретил вашу маму» (2011), «Такие разные близнецы» (2011), «Дни и ночи» (2013), «Мисс Медоуз» (2014), «Посвященный (2014), «Женщина в золотом» (выйдет в 2015) и др.
Супруг — Том Круз, актер (поженились 18.12.2006, развелись 20.08.2012)
Дочь — Сури (18.04.2006)
▪ Премия «MTV Movie Awards» в номинации «Женский прорыв года» за фильм «Непристойное поведение» (1999)
▪ Премия «Золотая малина»/ «Razzie Awards» в номинации «Наиболее надоедливые герои желтой прессы» (совместно с Томом Крузом, 2006)
▪ Премия «Золотая малина»/ «Razzie Awards» в номинации «Худший экранный дуэт» за фильм «Такие разные близнецы» (2012)