Dernière d’une famille de 5 enfants, Kate Noelle Holmes passe une enfance heureuse à Toledo (Ohio), sa ville natale. A seize ans, elle participe à un concours de mannequinat et y reçoit de nombreux prix. Elle décide néanmoins de ne pas se lancer dans une telle carrière. « Il n’y pas assez de challenges », déclare-t-elle. A dix-sept ans, Katie Holmes passe de nombreuses auditions de films à Los Angeles. Elle est repérée et tourne « The Ice Storm », réalisé par Ang Lee qui sort en 1997. Même si ce n’est pas un rôle important, il marque le début de sa carrière. Elle envoie alors des vidéos de cette prestation à de nombreux bureaux de production hollywoodiens. Dans un même temps, elle participe à la comédie musicale de son lycée, « Damn Yankees ». Le réalisateur Kevin Williamson lui demande alors de venir à Los Angeles pour auditionner pour la prochaine série qu’il va réaliser, « Dawson ». Katie Holmes refuse au dernier moment : elle ne veut pas rater la première représentation de sa comédie musicale. Le réalisateur persévère : il veut cette jeune actrice et accepte à titre exceptionnel qu’elle enregistre l’audition sur une vidéocassette ; elle y donne la réplique à sa mère, qui joue « Dawson». Katie Holmes est ainsi engagée pour incarner Joey Potter, une jeune adolescente timide mais déterminée.
Durant la première année du tournage de la série, elle joue dans plusieurs films, dont « Disturbing Behavior » et « Go ». Si ces films sont peu remarqués par la critique, Katie Holmes reçoit quand même un MTV Award pour le premier. L’année suivante, elle apparaît aux côtés de Michael Douglas dans « Wonder Boys ». Elle obtient pour la première fois le rôle principal d’un film avec « Abandon », en 2002, où elle joue une étudiante hantée par la mystérieuse disparition de son petit ami. Durant cette période, elle sort avec son partenaire de la série, Joshua Jackson. Puis en 2000, elle rencontre l’acteur Chris Klein, avec qui elle entretiendra une relation pendant cinq ans.
En 2003, « Dawson » s’arrête après six ans de succès. Katie Holmes peut enfin se consacrer pleinement à sa carrière cinématographique. Elle tourne ainsi « Pieces of April » et « The Singing Detective » en 2003, puis « First Daughter » aux côtés de Michael Keaton en 2004. Sa carrière décolle en 2005, lorsqu’elle apparaît dans « Batman Begins » où elle joue Rachel Dawes, l’amour d’enfance de Batman/Bruce Wayne. La même année, elle fait une courte apparition dans « Thank you for smoking » de Jason Reitman.
Mais Katie Holmes doit vraiment sa notoriété à sa relation avec Tom Cruise. Le couple se rencontre en 2005, quelques mois seulement après sa rupture avec Chris Klein. Ils officialisent leur relation aux David di Donatello Awards, l’équivalent italien des Oscars. Le 23 mai 2005, Tom Cruise est l’invité de l’émission de la très influente Oprah Winfrey. Il y créé l’émeute, sautant sur le canapé d’Oprah et hurlant son amour pour Katie. Un mois plus tard, il la demande en mariage au sommet de la Tour Eiffel.
Pourtant élevée dans la religion catholique, elle rejoint l’Eglise de la Scientologie, où Tom Cruise est un membre influent. Elle congédie son manager et son agent, pour s’entourer de Jessica Rodriguez, une Scientologue qui devient rapidement son « chaperon ». Celle-ci l’accompagne en effet partout, règle ses journées dans les moindres détails, répond à sa place dans les interviews…
Le 18 avril 2006, Katie Holmes et Tom Cruise donnent naissance à une petite fille, Suri. Une fois de plus, les médias se déchainent : personne n’a vu le bébé et tout le monde se demande s’il existe vraiment. Katie serait enfermée dans la villa du couple avec l’interdiction formelle d’en sortir… Mais en octobre 2006, elle coupe court aux rumeurs en présentant des photos de sa fille dans Vanity Fair. Le numéro se vendra à 700 000 exemplaires, devenant le deuxième record de vente de tous les temps. Un mois plus tard, Katie Holmes et Tom Cruise se marient en Italie. Depuis, Katie se fait plus rare au cinéma mais fait régulièrement parler d'elle dans les magazines people ou mode. Son look est traqué et décortiqué, faisant d'elle une icône. Statut corroboré début 2009, elle succède en effet à Vanessa Paradis pour la nouvelle campagne de Miu Miu.
Après une longue absence à l’écran, elle revient en 2008 dans « Mad Money » en 2008 puis en 2010 dans le film de Guillermo del Toro, « N’aie pas peur du noir » et dans la comédie « Les Meilleurs amis ». Mais si elle est surtout à la une de l’actualité, c’est pour la sur-médiatisation de sa fille, fashionista en herbe, souvent photographiée en talon à peine 2 ans et dont les dépenses faites pour l’habiller sont époustouflantes.
En juillet 2012 et à la grande surprise, Katie Holmes demande le divorce pour différents irréconciliables. Tom Cruise mettra plus d’un an à pouvoir parler de cet événement auquel il ne s’attendait pas. Elle a également obtenu la garde exclusive de Suri, ayant peur que celle-ci ne s’égare dans les méandres de la Scientologie. Toutes les deux quittent Los Angeles et emménagent à New-York.
La jeune femme, discrète sur les plateaux de cinéma, apparaît cependant sur les planches de théâtre et sur le petit écran.
Ainsi obtient-elle en 2011 le rôle de Jackie Kennedy dans la série en 8 épisodes « Les Kennedy » et dans un épisode de « How I Met Your Mother ». Cette même année, elle est également juge dans le show télévisé « So you think you can dance » et joue à Broadway une pièce tirée d’un roman d’Arthur Miller, « All My sons ». En 2014, elle sera à l’affiche de « Mania Days », un film produit par Spike Lee et qui devrait annoncer son grand retour sur le grand écran.
La belle devient également en 2013, la nouvelle égérie Bobby Brown.