Katie Holmes est née le 18 décembre 1978 à Toledo dans l’Ohio. Fille d’un avocat et d’une décoratrice, Katie est la petite dernière d’une famille de cinq enfants. Elle grandit dans sa ville natale, aux côtés de ses trois sœurs et de son frère. Lycéenne à la Notre-Dame Academy, une école catholique de jeunes filles, elle prend de nombreux cours de théâtre et découvre sa vocation. Elle rêve d’une carrière à Hollywood mais, n’osant pas y croire, fait des débuts plutôt prometteurs dans le mannequinat.
En 1997, elle est admise à la très prestigieuse Université Columbia, mais elle diffère son entrée jusqu’en 2000: un agent la convainc de quitter New York pour Los Angeles pour passer les castings des pilotes de séries télévisées. Un conseil inspiré puisqu’elle obtient dès sa seconde audition un petit rôle dans The Ice Storm, d’Ang Lee. L’année suivante, elle est remarquée par Kevin Williamson, un créateur et producteur exécutif, qui lui offre le rôle qui la rend célèbre, celui de Joey Potter dans la série pour adolescents, Dawson. La série est un énorme succès mondial pendant six années et le talent de la jeune comédienne est salué à plusieurs reprises, notamment d’un MTV Movie Award de la Meilleure révélation féminine en 1999 et d’un Teen Choice Award de la Meilleure actrice de télévision en 2002.
Parallèlement, l’actrice fait une incursion sur grand écran. Elle joue dans Wonder Boys aux côtés de Michael Douglas, puis dans Phone Game avec l’acteur Colin Farrell en 2002. Lorsque Dawson prend fin en 2003, elle se consacre alors pleinement au 7e art. En 2003, elle joue dans Pieces of April de Peter Hoge. L’année suivante, on la retrouve dans Des étoiles plein les yeux, de Forest Whitaker, où elle campe la fille du président des Etats-Unis. Christopher Nolan lui confie un rôle plus sexy en 2005, celui de la petite amie de Batman dans Batman Begins. Mais le public n’est pas séduit, au point qu’elle reçoit le Razzie Award 2005 du pire second rôle féminin. En 2008, elle joue aux côtés de Diane Keaton dans Mad Money. La même année, elle est à l’affiche de la pièce All my Sons, jouée à Broadway. Plus récemment, en 2011, elle fait quelques apparitions dans des séries, dans Les Kennedy (saison 1), et dans How I met your mother. En 2016, elle incarne à nouveau Jacqueline Kennedy dans la suite de la série Les Kennedy, et passe derrière la caméra pour la première fois avec son film All we had. En 2018, elle est au générique d’Ocean’s 8 de Gary Ross.
Côté vie privée, Katie Holmes a vécu en 2002 une histoire avec Joshua Jackson, son partenaire dans la série Dawson. Elle partage ensuite la vie de l’acteur Chris Klein, la vedette d’American Pie, avec lequel elle se fiance en 2003. Mais les deux acteurs se séparent en mars 2005. Quelques mois plus tard, elle retrouve l’amour au bras de Tom Cruise. Le couple a un enfant, une fille prénommée Suri, née le 18 avril 2006. En novembre de la même année, le couple se marie. Mais six ans ans plus tard, le 29 juin 2012, surprise: l'actrice lance une procédure de divorce. En septembre 2017, Katie Holmes s'affiche au bras de l'acteur Jamie Foxx à Malibu. Mais le couple se sépare en 2019. En septembre 2020, Emilio Vitolo Jr, un jeune chef cuisinier et Katie Holmes s'affichent ensemble dans les rues de New York. Mais fin avril 2021 le couple se sépare. Le 26 mai 2022, elle s'affiche au bras de son compagnon Bobby Wooten III, lors du 25e anniversaire du Moth Ball, aux Spring Studios de New York.