Née à Los Angeles, Laurie Holden est la fille des acteurs
Glen Corbett (aussi connu sous le nom de Larry Holden) et Adrienne Ellis. Sa grand-mère, l'actrice
Gloria Holden, joua entre autres dans La Fille de Dracula et La Vie d'Émile Zola. Son frère, Christopher Holden, a également fait carrière dans la télévision et le cinéma en tant qu'assistant réalisateur et producteur. Après le divorce de ses parents, sa mère se remarie avec le réalisateur anglais
Michael Anderson. C'est sous sa direction que Laurie débute sa carrière d'actrice en 1980, en interprétant la fille de
Rock Hudson dans la mini série télévisée Les Chroniques martiennes. Adolescente, elle remporte plusieurs prix de beauté et joue des petits rôles dans quelques films. Après des études en sciences économiques à l'université McGill de Montréal, Laurie s'inscrit à l'UCLA de Los Angeles et en ressort diplômée en 1993, remportant à cet effet le prix de la meilleure actrice. Elle tourne plusieurs mini séries pour la télévision, apparaissant aux côtés de
Vanessa Redgrave dans Intrigues impériales, et de
William Shatner dans TekWar.
Elle tient également le rôle principal du téléfilm Le Lac Ontario, qui retrace la guerre entre colons français et britanniques dans le Canada du XVIIIe siècle. En 1996, l'actrice est nominée au Gemini Award (équivalent canadien de l'Emmy Award) pour sa prestation dans la série télévisée Un tandem de choc. Elle se fait connaître auprès du public avec le personnage de Marita Covarrubias, qu'elle incarne de 1996 à 2002 dans la série fantastique X-Files : Aux frontières du réel. Parallèlement, elle joue le rôle de Mary Travis dans les deux saisons de la série Les Sept Mercenaires, qui réunit également
Michael Biehn et
Ron Perlman.
Au cinéma, Laurie Holden est révélée aux côtés de
Jim Carrey dans le film de
Frank Darabont,
The Majestic. On la revoit notamment dans
Les 4 Fantastiques, ainsi que dans le
Silent Hill de
Christophe Gans, où elle campe le personnage de la femme flic Cybil Bennett. Laurie Holden retrouve ensuite le réalisateur
Frank Darabont pour le tournage de
The Mist, adaptation de la nouvelle de
Stephen King. En 2008, la jolie actrice fait également partie du casting de la septième et dernière saison de la série policière The Shield, où elle incarne l'agent Olivia Murray. En 2010, elle interprète le rôle d'Andrea dans la série télévisée adaptée du comics éponyme The Walking Dead. Laurie Holden est également connue pour son engagement dans diverses oeuvres de charité au profit des enfants défavorisés.