Eredetileg William Franklin Beedle Jr.-nak hívták, a Paramount stúdió sztárcsinálói találták ki a vegyész apa és tanárnő anya elsőszülött fiúgyermeke számára a Holden művésznevet. Hároméves volt, amikor családja a Hollywoodhoz közeli South Pasadénába költözött. A középiskola elvégzése után Holden a helyi főiskolára járt, miközben az apja mellett dolgozott. Már az érettségi előtt elkezdte érdekelni a színjátszás, ezért az ipari vegyészkedés mellett a főiskolai rádió hangjátékaiban közreműködött, illetve kisebb színházi szerepeket vállalt.
Az Álomgyár egyik tehetségkutatója figyelt fel rá,
és 1939-ben – Barbara Stanwyck és Lee J. Cobb oldalán – megkapta első filmszerepét a Golden Boy (Aranyifjú) című filmben. Nem ment könnyen a beilleszkedés a filmes világba, de Stanwyck sokat segített neki. Amikor a színésznő 1982-ben átvette a tiszteletbeli Oscar-díját köszönőbeszéde végén emlékezett meg az egy évvel korábban, balesetben elhunyt barátról.
Nagyon szerettem és nagyon hiányzik. Mindig azt szerette volna, ha egyszer Oscart kapok. Ma este, Aranyifjú, a vágyad valóra vált
– mondta Stanwyck.
A Golden Boy sikeres film lett, Holdent mégsem halmozták el nagyobb, kiemelkedő szerepekkel. 1943-ban bevonult a hadseregbe a légierő pilótájának (egyik öccse, Bobbie, szintén pilóta volt, ő a háborúban vesztette életét), kiképzős filmekben szerepelt, majd a háború után sematikus szerepekben sínylődött.
1950-ben kezdett pályája felívelni, amikor Billy Wilder kiválasztotta az Alkony sugárút főszerepére, amelyben sikerre szomjazó forgatókönyvírót alakított, akit a némafilmek egykori sztárja képében, szó szerint utolér a végzet. A Norma Desmondod alakító Gloria Swanson számára valóban nagy visszatérés volt Wilder filmje, Holden pedig hirtelen sztár lett, alakításáért Oscar-díjra jelölték.
Nem kevés szerencse kellett ahhoz, hogy a szerepet megkapja, mert eredetileg Montgomery Clift kapta meg a lehetőséget, de a sztár visszalépett.
Bill Holden az a fickó volt, akibe valóban bele tudtam volna szeretni
– mondta Swanson.
Minden nő szerelmes volt belé
– tette hozzá Billy Wilder.
A sármos, laza, cinikus figura – ez lett Holden védjegye, ezt kamatoztatta Wilder 1953-as A 17-es fogolytábor című második világháborús lágermozijában, amiért 1954-ben átvehette a legjobb színésznek járó Oscar-díjat.
Köszönöm
– mondta a díj átvételekor Holden, a mai napig őrizve a legrövidebb köszönőbeszéd rekordját.
Az ötvenes években zseniálisabbnál zseniálisabb filmekben játszott:
Menekülés Fort Bravóból, A vidéki lány, Piknik, Sabrina...Utóbbi forgatásán állítólag Humphrey Bogart olyannyira utálatosan viselkedett a hollywoodi újonc Audrey Hepburnnel, hogy Holden vigasztalta. A fáma szerint túlságosan is hatékonyan, és az akkor már másfél évtizede házas Holden válni akart volna, hogy feleségül vehesse szeretőjét.
Közben minden vonatkozásban a csúcsra ért: 1956-ban az év legtöbb bevételét hozó amerikai színésze volt, letaszítva ezzel az évtized legnagyobb és legférfiasabb hollywoodi sztárját, John Wayne-t a trónról. 1959-ben ráadásul Wayne és Holden együtt játszottak a westernkirály John Ford Lovaskatonák című filmjében.
Persze a korszak leghíresebb Holden-szerepe kétségkívül Sears hadnagy a David Lean rendezte Híd a Kwai folyón-ból. Bár ebben a filmben járatta csúcsra a laza és cinikus Holden-figurát, mégsem ő kapta a legjobb színésznek járó Oscart, hanem a merev és makacs Nicholson ezredes megformálója, Sir Alec Guinness.
A hatvanas években kicsit megtorpant Holden karrierje, nem kevés köze volt ennek súlyos alkoholproblémáihoz. Egyes életrajzírói szerint a sztár végigitta a hatvanas-hetvenes éveket.
1969-ben újabb lökést kapott a karrierje Sam Peckinpah A vad banda című véres westernjének köszönhetően. 1973-ban eljátszotta a főszerepet Clint Eastwood Szerelem korhatár nélkül című filmjében, egy évre rá jött az évtized katasztrófafilmje, a Pokoli torony.
1976-ban pedig az utolsó igazi nagy dobás.
Sidney Lumet mai napig érvényes filmje a televízió, média hatalmáról és a manipulációiról, a Hálózat. Max Schumacher-ként önmaga ötvenes évekbeli figuráit idézte, olyannyira meggyőzően, hogy harmadszor is Oscar-díjra jelölték. Ahogy a Híd a Kwai folyón esetében, ezúttal is egy olyan kollégával szemben maradt alul, akit ugyanazért a filmért jelöltek (Peter Finch).
A férfi, aki Ronald Reagan esküvői tanúja volt, akiért rajongtak a nők és aki minden idők egyik legnagyobb színésze volt, a sikereket is hajlamos volt mellőzöttségként megélni. Depresszióját tetemes mennyiségű alkohollal kezelte. 1981. november 12-én magányosan iszogatott Santa Monica-i apartmanjában. Rosszul lépett, megcsúszott alatta a szőnyeg, az egyensúlyát vesztett színész elvágódott és beverte a fejét egy tikfából készült éjjeliszekrénybe. Nem volt képes segítséget hívni és elvérzett. (Az ő haláláról szól Suzanne Vega 1987-es slágere, a Tom's Diner.)
A holttestét négy nappal később találták meg. Kívánsága szerint nem volt temetés, sem megemlékezés. Hamvait a Csendes-óceánba szórták.