El verdadero nombre de la actriz es Kathleen Noelle Holmes y nació en la ciudad de Toledo, en el estado de Ohio (en Estados Unidos). Siendo una adolescente actuó en musicales escolares y se apuntó a una escuela de talentos y modelos, aunque sus padres querían que fuera médico. Estudió en cursos de verano de la Universidad de Columbia. Durante unas pruebas para una competición artística en Nueva York, la descubrió un agente y la animó a presentarse a un casting en el que consiguió un pequeño papel en la película La tormenta de hielo, en 1997, protagonizada por Kevin Kline y Sigourney Weaver. Pero su salto a la fama fue en la serie Dawson crece, en la que participó desde 1998 hasta 2003. En el cine sus papeles más destacados han sido: Jóvenes prodigiosos y Premonición, rodadas en el año 2000, Una hija diferente, en 2004; Batman Begins, en 2005, junto a Christian Bale; Gracias por fumar, también en 2005; la comedia Locas por el dinero, en 2008 y No tengas miedo a la oscuridad y Policías de Queens, en 2010. En 2011 grabó la serie Los Kennedys, donde interpretaba a Jackie Kennedy, y en 2017 grabó su continuación, Los Kennedys after Camelot y la película A Happening of Monumental Proportions, también en 2017. Katie Holmes apareció en varios episodios de la serie Ray Donovan, en 2015, protagonizada por Liev Schriber. En 2011, Katie interpretó y produjo la película The Romantics . Mientras trabajaba en la serie Dawson crece, Katie Holmes estuvo saliendo con su compañero en esa ficción, el actor Joshua Jackson (1978). Tras su ruptura tuvo un romance con el también actor Chris Klein, pero en 2005 conoció a Tom Cruise (divorciado de Nicole Kidman desde 2001) y el 18 de abril de 2006 nació su hija, Suri. El 18 de noviembre de ese año se casaron en el castillo de Odescachi, en Italia. El 29 de junio de 2012 anunciaron la ruptura de su matrimonio, según los medios, a causa de la pertenencia de Tom a la controvertida Iglesia de la Cienciología, religión en la que Cruise está muy involucrado. Katie era católica y no quería que su hija se educara en la Cienciología. Tras la separación de Tom Cruise, matriculó a su hija Suri en el colegio del Sagrado Corazón de Jesús de Nueva York. Durante su matrimonio con Cruise, Katie espació sus trabajos en el cine. Tras la ruptura matrimonial, ella se quedó con la niña y se decía que Cruise apenas la veía. En 2009, Katie Holmes diseñó una línea de ropa llamada Holmes&Yang, con la que era entonces su estilista Jeanne Yanng. En junio de 2017, Katie Holmes realizó un máster en el programa de negocios de entretenimiento, medios de comunicación y deportes de la Universidad de Harvard, donde coincidió con el futbolista del Barcelona Gerad Piqué. Holmes asistía a clases bajo el nombre de su compañía, Noelle Productions Inc., que se llama así por su segundo nombre.