1978년 12월 18일, 0세 때, 케이티 홈즈는 미국 오하이오주 톨레도에서 변호사 마틴 조셉 홈즈 시니어와 캐슬린 홈즈 사이에 난 다섯 남매 가운데 막내로 태어났다.

1993년 00월 00일, 14세 때, 케이티 홈즈는 고향 톨레도의 모델 학교에서 수업을 받기 시작했다.

1996년 00월 00일, 17세 때, 케이티 홈즈는 뉴욕에서 열린 국제 모델·탤런트 협회(IMTA) 대회에 참가했다.

1997년 00월 00일, 18세 때, 케이티 홈즈는 리안 감독의 영화 《아이스 스톰》에서 리비츠 케이시 역을 맡아 배우로 데뷔했다.

0000년 00월 00일, 00세 때, 케이티 홈즈는 톨레도의 여자 사립학교 노트르담 아카데미를 졸업했다.

0000년 00월 00일, 00세 때, 케이티 홈즈는 컬럼비아대학교 입학 허가를 받고 여름 학기 과정을 다녔다.

1997년 01월 00일, 18세 때, 케이티 홈즈는 TV 파일럿 시즌 오디션을 보러 로스앤젤레스로 갔다.

0000년 00월 00일, 00세 때, 케이티 홈즈는 《버피 더 뱀파이어 슬레이어》 주연 제안을 받았지만 고등학교를 마치려고 거절했다.

1998년 00월 00일, 19세 때, 케이티 홈즈는 영화 《디스터빙 비헤이비어》에서 레이철 와그너 역을 맡았다.

1999년 00월 00일, 20세 때, 케이티 홈즈는 영화 《고》에서 클레어 몽고메리 역을, 《티칭 미시즈 팅글》에서 리 앤 왓슨 역을 맡았다.

1999년 06월 05일, 20세 때, 케이티 홈즈는 《디스터빙 비헤이비어》로 MTV 무비 어워드 여자 신인 연기상을 받았다.

2000년 00월 00일, 21세 때, 케이티 홈즈는 영화 《원더 보이즈》에서 해나 그린 역을, 《더 기프트》에서 제시카 킹 역을 맡았다.

2000년 00월 00일, 21세 때, 케이티 홈즈는 배우 크리스 클라인을 만나 사귀기 시작했다.

2001년 00월 00일, 22세 때, 케이티 홈즈는 NBC 《새터데이 나이트 라이브》의 진행자로 나섰다.

2002년 00월 00일, 23세 때, 케이티 홈즈는 영화 《어밴던》에서 케이티 버크 역을 맡았다.

2003년 00월 00일, 24세 때, 케이티 홈즈는 영화 《폰 부스》, 《싱잉 디텍티브》, 《에이프릴의 특별한 만찬》에 출연했다.

2003년 00월 00일, 24세 때, 케이티 홈즈는 《도슨의 청춘일기》 128회 전 회차 출연으로 조이 포터 역을 마무리했다.

2003년 00월 00일, 24세 때, 케이티 홈즈는 그해 말 크리스 클라인과 약혼했다.

2004년 00월 00일, 25세 때, 케이티 홈즈는 영화 《퍼스트 도터》에서 서맨사 매켄지 역을 맡았다.

2005년 00월 00일, 26세 때, 케이티 홈즈는 그해 초 크리스 클라인과의 약혼을 끝내고 결별했다.

2005년 00월 00일, 26세 때, 케이티 홈즈는 영화 《배트맨 비긴즈》에서 레이철 도스 역을 맡았다.

2005년 00월 00일, 26세 때, 케이티 홈즈는 영화 《땡큐 포 스모킹》에서 헤더 할로웨이 역을 맡았다.

2005년 04월 00일, 26세 때, 케이티 홈즈는 배우 톰 크루즈와 교제를 시작했다.

2005년 04월 00일, 26세 때, 케이티 홈즈는 톰 크루즈와 교제를 시작한 직후 사이언톨로지 공부를 시작했다.

2005년 06월 17일, 26세 때, 케이티 홈즈는 프랑스 파리 에펠탑에서 톰 크루즈의 청혼을 받고 약혼했다.

2006년 11월 17일, 27세 때, 케이티 홈즈는 로스앤젤레스에서 톰 크루즈와의 혼인 절차를 하루 먼저 마쳤다고 부부의 홍보 담당자가 밝혔다.

2008년 00월 00일, 29세 때, 케이티 홈즈는 영화 《매드 머니》에서 재키 트루먼 역을 맡고 드라마 《일라이 스톤》에 한 회 출연했다.

2008년 00월 00일, 29세 때, 케이티 홈즈는 오랜 스타일리스트 진 양과 함께 패션 브랜드 홈즈 앤드 양을 만들었다.

2008년 10월 00일, 29세 때, 케이티 홈즈는 아서 밀러의 《모두가 나의 아들》에서 앤 디버 역을 맡아 브로드웨이 무대에 데뷔했다.

2010년 00월 00일, 31세 때, 케이티 홈즈는 영화 《엑스트라 맨》, 《로맨틱스》, 《돈 비 어프레이드 오브 더 다크》에 출연했다.

2011년 00월 00일, 32세 때, 케이티 홈즈는 미니시리즈 《케네디가》에서 재클린 케네디 역으로 주연을 맡았다.

2011년 00월 00일, 32세 때, 케이티 홈즈는 영화 《선 오브 노 원》과 《잭 앤 질》에 출연하고 시트콤 《내가 그녀를 만났을 때》에 객원으로 나왔다.

2011년 06월 00일, 32세 때, 케이티 홈즈는 여성영화인 단체 위민 인 필름이 주는 맥스 마라 페이스 오브 더 퓨처 상을 받았다.

2012년 00월 00일, 33세 때, 케이티 홈즈는 뮤직 박스 극장의 브로드웨이 연극 《데드 어카운츠》에서 로나 역을 맡았다.

2012년 07월 00일, 33세 때, 케이티 홈즈는 이혼 뒤 가톨릭교회로 돌아가 맨해튼 성 프란치스코 하비에르 성당에 다녔다.

2012년 07월 09일, 33세 때, 케이티 홈즈는 소송을 낸 지 2주도 안 돼 톰 크루즈와 이혼 합의를 마쳤다. 딸 수리는 홈즈가 양육하기로 했다.

2012년 09월 00일, 33세 때, 케이티 홈즈는 홈즈 앤드 양 컬렉션을 뉴욕 패션위크에서 처음 공개했다.

2013년 00월 00일, 34세 때, 케이티 홈즈는 영화 《데이즈 앤 나이츠》에 출연하고 《내가 그녀를 만났을 때》에 다시 객원으로 나왔다.

2013년 01월 00일, 34세 때, 케이티 홈즈는 헤어케어 브랜드 알터나의 브랜드 앰배서더 겸 공동 소유주가 됐다.

2014년 00월 00일, 35세 때, 케이티 홈즈는 영화 《미스 메도스》에서 주연을, 《더 기버: 기억전달자》에서 조너스의 어머니 역을 맡았다.

2015년 00월 00일, 36세 때, 케이티 홈즈는 영화 《우먼 인 골드》와 《터치드 위드 파이어》에 출연하고 애니메이션 《메테골》 영어 더빙판에 목소리를 보탰다.

2015년 00월 00일, 36세 때, 케이티 홈즈는 드라마 《레이 도노반》 시즌 3에 페이지 피니 역으로 고정 출연했다.

2016년 00월 00일, 37세 때, 케이티 홈즈는 체조 선수 나디아 코마네치를 다룬 ESPN 단편 다큐멘터리 《이터널 프린세스》를 연출했다.

2017년 00월 00일, 38세 때, 케이티 홈즈는 미니시리즈 《케네디가: 애프터 카멜롯》에서 재클린 오나시스 역을 맡고, 총괄 프로듀서로 참여하며 한 회를 연출했다.

2017년 00월 00일, 38세 때, 케이티 홈즈는 영화 《로건 럭키》에서 보비 조 역을 맡았다.

2018년 00월 00일, 39세 때, 케이티 홈즈는 영화 《디어 딕테이터》에 출연하고 《오션스 8》에 본인 역으로 잠깐 등장했다.

2019년 00월 00일, 40세 때, 케이티 홈즈는 영화 《코다》에서 헬렌 모리슨 역을 맡았다.

2020년 00월 00일, 41세 때, 케이티 홈즈는 영화 《더 보이 2: 돌아온 브람스》에서 라이자 역을, 《시크릿: 데어 투 드림》에서 미란다 웰스 역을 맡았다.

2020년 09월 00일, 41세 때, 케이티 홈즈는 맨해튼에서 셰프 에밀리오 비톨로 주니어와 데이트하는 사진이 보도되면서 교제 사실이 알려졌다.

2021년 05월 00일, 42세 때, 케이티 홈즈는 에밀리오 비톨로 주니어와 1년이 안 돼 헤어졌다.

2022년 00월 00일, 43세 때, 케이티 홈즈는 음악가 바비 우튼 3세와 약 7개월간 사귀었다.

2022년 07월 22일, 43세 때, 케이티 홈즈는 각본·연출·제작을 맡고 준 역으로 출연한 두 번째 장편 《얼론 투게더》를 미국에서 개봉했다.

2023년 00월 00일, 44세 때, 케이티 홈즈는 오프브로드웨이 연극 《더 원더러스》에서 줄리아 치버 역을 맡았다.

2023년 04월 14일, 44세 때, 케이티 홈즈는 각본·연출·제작과 주연을 겸한 영화 《레어 오브젝츠》를 극장에서 개봉했다.

2024년 00월 00일, 45세 때, 케이티 홈즈는 에설 배리모어 극장의 브로드웨이 재공연 《우리 읍내》에서 웹 부인 역을 맡았다.

2025년 00월 00일, 46세 때, 케이티 홈즈는 드라마 《포커 페이스》 시즌 2의 한 회에 그레타 역으로 출연했다.

2025년 08월 12일, 46세 때, 케이티 홈즈는 샌디에이고 올드 글로브 극장의 2026년 시즌 개막작 《헤다 가블러》 주연으로 발표됐다.

2026년 02월 07일, 47세 때, 케이티 홈즈는 올드 글로브 극장에서 에린 크레시다 윌슨이 새로 옮긴 《헤다 가블러》의 헤다 역으로 무대에 올랐다.

2026년 02월 20일, 47세 때, 케이티 홈즈는 주연을 맡은 《헤다 가블러》의 두 번째 공연 연장이 발표됐다.