Nacido en Múnich, Alemania, Thomas Holtzmann cursó estudios teatrales en su ciudad natal.

Su gran oportunidad llegó en 1961 con el drama Prinz Friedrich von Homburg oder die Schlacht bei Fehrbellin, de Heinrich von Kleist, bajo dirección de Boleslaw Barlog.

También actuó en la obra de Samuel Beckett Esperando a Godot, dirigido por George Tabori y acompañado por Peter Lühr.

En la serie televisiva criminal Der Kommissar participó en 1969 en el episodio Auf dem Stundenplan: Mord, bajo dirección de Theodor Grädler.

En la miniserie Fabrik der Offiziere, basada en una novela de Hans Hellmut Kirst, encarnaba al General Modersohn.