Holly Marie Combs naît à San Diego en Californie le 3 décembre 1973 ; sa mère, Lauralei Combs (née Berckhem), elle-même comédienne, n’a que 15 ans. Cette dernière déménage pour raison professionnelle à New York, emmenant sa fille, âgée de 8 ans.
À 10 ans, Holly tourne dans plusieurs publicités, puis à 12 ans, elle obtient un rôle dans Les Murs de verre avec sa mère.
On l’aperçoit en 1988 aux côtés de Don Johnson et Susan Sarandon dans Sweet Hearts Dance puis dans Né un 4 juillet avec Tom Cruise.
En 1992, elle décroche le rôle qui va la faire connaître, celui de Kimberly Brock, la fille du shérif dans Un drôle de shérif qui lui a valu un Young Artist Award. Elle tourne la même année dans le film Dr. Rictus.
Elle se marie à Bryan Travis Smith le 28 février 1993, d’avec qui elle divorce en 1997.
Elle fait son retour à la télévision en 1998 avec Charmed, une série fantastique qui raconte les aventures de trois sœurs sorcières dont le but est de détruire le mal dans le monde dans laquelle elle incarne Piper.
Cette série est un succès planétaire qui lui permet d’obtenir une certaine notoriété. Elle devient productrice de la série avec Alyssa Milano. Depuis la fin de la série Charmed, elle est restée très proche de Rose McGowan, Alyssa Milano et Shannen Doherty, sa meilleure amie.
Elle sort depuis 2000 avec David Donoho, un technicien du plateau de Charmed. Ils se sont mariés le 14 février 2004. Ils ont eu trois fils ensemble : Finley Arthur Donoho (né le 26 avril 2004), Riley Edward Donoho (né le 26 octobre 2006) et Kelley James Donoho (né le 26 mai 2009).
Elle joue en 2003 dans le téléfilm Une célibataire à New York avec Charisma Carpenter.
En 2010, Holly joue dans la série télévisée Pretty Little Liars diffusée sur ABC Family.
Le 12 novembre 2011 on apprend que Holly Marie Combs demande le divorce après sept ans de mariage avec David Donoho