Josh Holloway nasceu na Califórnia mas muito cedo sua família mudou-se para a Geórgia, onde cresceu. Estudou na Universidade da Geórgia, mas saiu pouco após um ano para seguir a carreira de modelo.

O interesse pela carreira de ator levou Josh para Los Angeles, onde ele começou a carreira no seriado Dr. Benny. Prosseguiu a carreira com os filmes Cold Heart de 2001, ao lado de Nastassja Kinski, Mi amigo e Moving August, de 2002. Ganhou destaque no papel principal do filme para televisão Sabretooth, em 2002. Fez aparições em um episódio das séries de televisão Good Girls Don't, The Lyon's Den, Walker, Texas Ranger, CSI: Crime Scene Investigation (CSI: Investigação Criminal no Brasil, e Crime sob Investigação em Portugal) e Angel (Buffy, a Caça-Vampiros no Brasil, e Buffy, a Caçadora de Vampiros em Portugal). Josh apareceu também no videoclipe da canção Cryin, da banda Aerosmith em 1993, e da canção Tell Me, de Billie Myers, em 1998.

Josh Holloway é mais conhecido por sua participação no seriado norte-americano Lost, no papel de James "Sawyer" Ford. O seriado tornou Josh uma celebridade mundial e, com pouco tempo para se dedicar a outros projetos, mesmo assim em 2007 Josh estrelou o filme Whisper, e apareceu no videogame Command & Conquer 3: Tiberium Wars, no papel de Ajay. Neste mesmo ano, Josh foi convidado a participar do filme X-Men 4, mas teve que recusar devido a falta de tempo por sua participação em Lost. Em 2005, a revista People elegeu Josh Holloway uma das 50 pessoas mais bonitas do mundo.

Em 2004 Josh Holloway casou-se com sua antiga namorada Yessica Kumala.