کیتی هلمز متولد شهر تولدو در ایالت اوهایو در کشور آمریکا است. او کوچکترین فرزند از پنج فرزند (چهار دختر و یک پسر) مارتین و جوزف هلمز است که پس از ازدواج از یکدیگر طلاق گرفته بودند.
هلمز دوران دانشگاهی خود را در دانشگاه کلمبیا آغاز کرد. پدر هلمز خواستار این بود تا دخترش یک پزشک بشود. در ژانویه ۱۹۹۷ او به لس آنجلس کوچ کرد و در سال ۱۹۹۸ در فیلم طوفان یخ بازی کرد که این سریال در کانال تلویزیونی برادران وارنر پخش شد. این اولین فیلم حرفهای او است.
در سال ۲۰۰۵ میلادی او رابطه خود را با تام کروز اسطوره سینمای جهان آغاز کرد و در سال ۲۰۰۶ (میلادی) آنها در ایتالیا با یکدیگر ازدواج کردند. هزینه مراسم ازدواج آنها ۲٫۵ میلیون دلار تخمین زده شده بود که بر این اساس دومین مراسم ازدواج پرخرج جهان بوده است. در ۸ آوریل ۲۰۰۸ اولین دختر این زوج به دنیا آمد که نام او را سوری نهادند. این نام در دو زبان زنده دنیا دو معنی متفاوت دارد، در زبان عبری به معنای شاهزاده و در زبان پارسی به معنای رز قرمز است.
