Na een toneelopleiding in Chicago, New York en Parijs begon Holm in 1946 haar carrière in Hollywood. Ze won een Oscar voor beste vrouwelijke bijrol in de film Gentlemen's Agreement.

Ze sleepte ook nog eens twee Oscarnominaties in de wacht voor haar rollen in All About Eve en Come to the Stable.

Naast rollen op Broadway speelde Holm vaak in televisieseries mee, zoals Columbo, The Streets of San Francisco, Love Boat en Falcon Crest.