Holloway, Kaliforniya'nın San Jose kentinde doğdu, fakat iki yaşındayken ailesi Georgia'ya taşındı. Bir kız ve 3 erkek kardeşi olan Josh, ikinci çocuktur. Küçük yaşta sinemaya ilgi duymaya başladı. Georgia Üniversitesi'ne gitti fakat sadece bir yıl sonra ayrıldı, model oldu. Modellik ona Avrupa ve Kuzey Amerika kapılarını açtı. Holloway'in kariyer tutkusu onu Los Angeles'a taşıdı ve 'Doctor Benny' isimli komedide rol aldı. Bu rolü daha büyük roller izledi: Mi Amigo, Moving August, Cold Heart isimli filmlerde rol aldı. Bu rollerden sonra yapımcıların dikkatlerini çekerek başka filmlerde ve dizilerde de rol aldı. Sonunda ona en çok ün kazandıran rol olan Lost dizisindeki Sawyer rolünü aldı. Tüm dünya gibi Türkiye'de de büyük popülarite kazanan oyuncu, Türkiye'de bir dondurma reklamında da oynamıştı.
Lost'un ardından Mission: Impossible – Ghost Protocol (2011) ve Paranoia (2013) gibi sinema filmlerinde de yer buldu. 2016'da başlayan Colony dizisinde Will Bowman karakterini canlandırdı.
Holloway uzun zamandır biriikte olduğu sevgilisi Yessica Kumala ile 2004 yılında evlendi. Bu evlilikten Java Kumala (d. 2009) adında bir kızı ve Hunter Lee (d. 2014) adında bir oğlu dünyaya geldi.
2005 yılında People dergisi tarafından derlenen 'Dünyanın En Güzel 50 İnsanı' listesinde yer aldı. 2006 yılında İngiltere'deki 'OK!' dergisinde dünyanın en seksi adamları arasında 17. sırada yer aldı. 2007 yılında Davidoff'un 'Cool Water' isimli kokusunun yeni yüzü olarak seçildi. Holloway'in hobileri arasında yelken, snowboard, dövüş sanatları, motokros ve gitar çalmak bulunuyor. Bir televizyon kanalına: 'Bira içmeyi çok seviyorum. Hatta insanlığın yaptığı en önemli icat desile alkoldür.' şeklinde yaptığı açıklama, sonrasında çok konuşulmuştur.
