Селеста Холм родилась 29 апреля 1917 года в Нью-Йорке, а всё её детство прошло в деревне Лонг-Вэлли в Нью-Джерси. Её мать, Джин Парк, была художницей, а отец, норвежец Теодор Холм, страховым агентом. Актёрское мастерство она изучала в Чикагском университете, а свою театральную карьеру она начала в конце 1930-х годов, после развода с Ральфон Нельсоном, отцом её сына Теда.
Её первая крупная роль была в постановке «Гамлет», с Лесли Говардом в главной роли, а вскоре после этого ей предложили роль Эдо Энни в знаменитом бродвейском мюзикле «Оклахома!». В 1946 году актриса подписала контракт с кинокомпанией «20th Century Fox», и уже год спустя была удостоена премий «Оскар» и «Золотой глобус» за лучшую женскую роль второго плана в фильме «Джентльменское соглашение». После своей знаменитой роли Карен Ричардс в фильме «Всё о Еве» (1950) Селеста Холм предпочла кинороли живому исполнению в театре, снявшись в последующем десятилетии лишь в нескольких фильмах. В дальнейшем наиболее успешными её ролями стали Сильвия Крюз в «Нежной ловушке» (1955) и Лиз Имбри в «Высшее общество» (1956), в которых она появилась в компании Фрэнка Синатры.
Начиная с конца 1950-х годах Селеста Холм много работала на телевидении, снималась в телесериалах и была ведущей нескольких шоу. Она появилась в таких сериалах как «Доктор Килдер», «Правосудие Берка», «Улицы Сан Франциско», «Частный детектив Магнум», «Прикосновение ангела», «Третья смена» и многих других. На большом экране актриса появлялась в фильмах «Том Сойер» (1973) и «Трое мужчин и младенец» (1987). В 1983 году она выступила в Лондоне в мюзикле «Леди во тьме».
За свою долгую карьеру Селеста Холм неоднократно удостаивалась всевозможных премий и наград. В 1968 году она получила премию Сары Сиддонс за большие достижения в театрах Чикаго, Рональд Рейган назначил её одним из членов Национального совета искусств, король Норвегии Улаф V ввел её в ранг рыцаря, а в 1992 году она была включена в Американский театральный холл славы. Актриса также до сих пор остаётся активной участницей ЮНИСЕФ.
От первого мужа, с которым она развелась в 1938 году, Селеста Холм родила сына Теда Нельсона, будущего изобретателя гипертекста. В 1940 году она вышла замуж за Фрэнсиса Э. Дэвиса, ради которого даже приняла католицизм, но всё же брак не удался и в том же году они расстались.
С 1946 по 1952 год она была замужем за Скайлером Даннингом, от которого родила сына Дэниэла Даннинга. В 1968 году Селеста Холм вступила в брак с актёром Уэсли Эбби. Вместе с ним она снялась в фильме «Любить», в котором они сыграли семейную пару. Хотя у них не было детей, этот брак стал самым длинным в её жизни и закончился со смертью Уэсли в 1996 году.
29 апреля 2004 года, в свой 87 день рождения, Селеста Холм вновь вышла замуж. Её избранником стал оперный певец Фрэнк Бэзаил.