Katie Holmes urodziła się 18 grudnia 1978 w Toledo w stanie Ohio (Stany Zjednoczone). Jest absolwentką żeńskiej szkoły Notre Dame Academy. Po uzyskaniu 1310 punktów na teście SAT Holmes została przyjęta na Uniwersytet Columbia, do którego uczęszczała w semestrze letnim.

Ponadto, w wieku 14 lat Holmes zaczęła uczęszczać do szkoły modelek w Toledo, dzięki czemu w 1996 roku wzięła udział w konkursie International Modeling and Talent Association (IMTA w Nowym Jorku).

Chociaż ojciec Katie planował na początku, że jego córka zostanie lekarzem, jej kariera zawodowa potoczyła się zupełnie inaczej. W 1996 roku Katie została zabrana na wspomniany już pokaz talentów w Nowym Jorku. Tam wygłosiła monolog z filmu Zabić drozda. Występ ten ostatecznie sprawił, że dostała swoją pierwszą rolę w filmie Burza lodowa.

W ostatniej klasie szkoły średniej Holmes zaczęła nagrywać sceny do pilota Jeziora marzeń. Pojawiła się we wszystkich odcinkach tego serialu, który emitowany był w latach 1998–2003. Okazał się on kluczem do sukcesu dla młodej aktorki.

Swoją pierwszą większą rolę zagrała w filmie Grzeczny świat z 1998 roku. Otrzymała za tę rolę nagrodę MTV Movie Award. W kolejnych latach swojej kariery Holmes wystąpiła w wielu filmach i serialach, m.in. w: Dotyku przeznaczenia, Porzuconej, Śpiewającym detektywie, Wizycie u April czy też Córce prezydenta, gdzie zagrała tytułową rolę.

W 2005 roku zagrała w najbardziej kasowym filmie w swojej dotychczasowej karierze – Batman: początek. Za rolę w tym filmie została nominowana do Złotej Maliny. Holmes nie powróciła do roli Rachel Dawes w kontynuacji filmu. Oprócz kariery aktorki, Holmes ma w swoim portfolio także wyprodukowanie 7 filmów, a także wyreżyserowanie czterech.

Katie Holmes poznała Toma Cruise'a po tym, jak dostała zaproszenie na casting do filmu Mission Impossible III. Związała się z Cruisem na początku 2005 roku, a od 2006 do 2012 roku byli małżeństwem. Po raz pierwszy pojawili się razem 29 kwietnia 2005 roku w Rzymie, na rozdaniu nagród Davida di Donatello. Para pobrała się w XV-wiecznym zamku Odelashi we Włoszech.

18 kwietnia 2006 roku w Saint John’s Health Center w Santa Monica przyszła na świat ich córka – Suri Cruise. W 2012 roku Holmes zdecydowała się złożyć (z pomocą ojca) wniosek rozwodowy. Powodem rozstania pary był zły wpływ sekty religijnej, której zagorzałym zwolennikiem jest Tom Cruise, na życie Katie i jej córki.