Katie, durante la sua carriera cinematografica, ha ricevuto diversi riconoscimenti da parte della critica per un’ampia gamma di ruoli da lei interpretati sia sul palcoscenico sia sul grande schermo. Katie ha recitato in numerosi film a partire dal blockbuster "Batman Begins", per la regia di Christopher Nolan, fino ad arrivare al capolavoro acclamato dalla critica "Tempesta di ghiaccio" di Ang Lee e "Schegge di April" di Peter Hedges. Katie ha di recente recitato nella commedia nera "Miss Meadows" di cui è anche produttrice, che è stata presentata in anteprima mondiale nel 2014 al Tribeca Film Festival. Ha recitato inoltre, nel fim drammatico "The Giver - Il mondo di Jonas". Katie fa parte del cast di "Woman in Gold" della Weinstein Company, in cui recita al fianco di Ryan Reynolds e Helen Mirren. La carriera cinematografica di Katie ha avuto inizio nel 1996 quando ha ottenuto la parte di Libbets Casey al fianco di Tobey Maguire e Sigourney Weaver nel film vincitore del premio Oscar "Tempesta di ghiaccio" di Ang Lee. Da allora, ha collaborato con alcuni tra i più celebri attori e registi di Hollywood. Tra i suoi lavori di successo ricordiamo "Wonder Boys", "Thank You for Smoking" di Jason Reitman; "The Gift - Il dono", di Sam Raimi; "Abandon- Misteriosi omicidi", di Stephen Gaghan; "Go - Una notte da dimenticare"; "In linea con l’assassino2, di Joel Schumacher; "The Singing Detective", di Keith Gordon; "Una teenager alla Casa Bianca", di Forest Whitaker; "Killing Mrs. Tingle", di Kevin Williamson; "Generazione perfetta", di David Nutter; "The Son of No One", di Dito Montiel al fianco di Al Pacino e Juliette Binoche; "Non avere paura del buio", un thriller prodotto da Guillermo Del Toro; "Un perfetto gentiluomo", di Shari Springer Berman e Robert Pulcini, al fianco di John C. Reilly, Kevin Kline e Paul Dano; e "Jack e Jill", una commedia prodotta dalla Sony in cui recita al fianco di Adam Sandler.

Katie Holmes ha partecipato in veste di produttrice esecutiva, oltre che di attrice, per il film del regista Galt Niederhoffer "The Romantics", una commedia sentimentale con Anna Paquin, Josh Duhamel, Malin Akerman, Candice Bergen, ed Elijah Wood.

Nel 1997 Katie ha interpretato il ruolo di Joey Potter nella serie TV "Dawson’s Creek", al fianco di James Van Der Beek e Michelle Williams. La serie ha ben presto fatto il record di ascolti durante le sue sei stagioni. Da allora è comparsa in televisione nella serie "I Kennedy" nei panni della First Lady Jacqueline Kennedy al fianco di Greg Kinnear nel ruolo del Presidente John F. Kennedy. La miniserie che racconta la storia della leggendaria famiglia politica della storia americana ha ricevuto 10 nomination agli Emmy tra cui una nella categoria Miglior miniserie.