Nato a Delhi - in Louisiana - nel 1928, adottato e rimasto due volte orfano, Henry Earl Holliman - meglio noto come Earl Holliman -, presta servizio militare in Marina ed esordisce al cinema all’inizio degli anni Cinquanta in piccole parti (in cui non viene neppure accreditato) in film come L’ultima freccia (1952) di Joseph M. Newman, Destinazione Mongolia (1953) di Robert Wise, L’isola del piacere (1953) di Frederick Hugh Herbert,  e Morti di paura (1953) di George Marshall.

Nel corso degli anni Cinquanta e Sessanta interpreta ruoli secondari in oltre quaranta film, fra cui ricordiamo L’inferno di Yuma (1953) di Alfred L. Werker, Ad Est di Sumatra (1953) di Budd Boetticher, Tennessee Champ (1954) di Fred M.  Wilcox, La lancia che uccide (1954) di Edward Dmytryk, con Spencer Tracy, Kathy Jurado, Richard Widmark, Robert Wagner e Hugh O’ Brian, I ponti di Tokyo-Ri (1954) di Mark Robson, con William Holden e Grace Kelly, La polizia bussa alla porta (1955) di Joseph H. Lewis, con Cornel Wilde, Richard Conte ed un giovane Lee Van Cleef pre Sergio Leone, Tutto finì alle sei (1955) di Stuart Heisler, remake di Una pallottola per Roy di Raoul Walsh ed interpretato da Jack Palance e Shelley Winters, Il pianeta proibito (1956) di Fred M. Wilcox, con Walter Pidgeon,  Leslie Nielsen e Anne Francis, Le colline bruciano (1956) di Stuart Heisler, con Tab Hunter, Nathalie Wood e Skip Homeier, Il gigante (1956) di George Stevens, con Rock Hudson, Elizabeth Taylor e James Dean, Il mago della pioggia (1956) di Joseph Antony, in cui lavora con Burt Lancaster, Katharine Hepburn, Wendell Corey e Lloyd Bridges, e con cui vince il Golden Globe come Miglior Attore Non Protagonista, Sfida all’OK Corrall (1957) di John Sturges, con Burt Lancaster, Kirk Douglas e Rhonda Fleming e Jo Van Fleet, Schiava degli apaches (1957) di Charles Marquis Warren, Alla larga dal mare (1957) di Charles Walters, Il giorno della vendetta (1959) di J. Sturges, con Kirk Douglas, Anthony Quinn, Carolyn Jones e Brad Dexter, L’agguato (1959) di Norman Panama, Un marziano sulla Terra (1960) di Norman Taurog, Area B2: attacco! (1961) di Byron Haskin, Estate e fumo (1961) di Peter Glenville, I quattro figli di Katie Elder (1965) di Henry Hathaway, con John Wayne, Dean Martin e George Kennedy, L’uomo che uccise il suo carnefice (1967) di Lamont Johnson, Lo sbarco di Anzio (1968) di E. Dmytryk e Duilio Coletti, con Robert Mitchum, Peter Falk e Arthur Kennedy, La forza invisibile (1968) di Byron Haskin.

A partire dall'inizio degli anni Settanta dirada notevolmente le sue apparizioni cinematografiche (il disneyano Perdipiù, il segugio fannullone - 1972 - di Vincent McEveety, I Love You… Good-bye - 1974 - di Sam O’ Steen, Relazioni disperate - 1979 - di Marvin J. Chomsky, Pelle di sbirro - 1981 - di Burt Reynolds, Bad City Blues - 1998 - di Michael Stevens, The Perfect Tenant - 2000 - di Doug Campbell) e lavora soprattutto in televisione, dove interpreta il Tenente Crowley, il partner di Angie Dickinson nel telefilm poliziesco Pepper Anderson agente speciale (oltre novanta episodi realizzati dal 1974 al 1979), noto per esser stato il primo telefilm ad avere per protagonista una donna poliziotto, nonché il primo a toni drammatici di successo della tv americana con una protagonista femminile (dal successo di tale serie, negli anni immediatamente successivi ne nasceranno altre, fra cui Charlie’s Angels, La donna bionica e Wonder Woman). 

In televisione ha interpretato Where Is Everybody? (La barriera della solitudine, 1959), il primo episodio della serie cult The Twilight Zone (Ai confini della realtà). Inoltre, è apparso in vari film tv (Westinghouse Presents: the Dispossessed - 1961 -, La mano della vendetta - 1969 -, Smoke - 1970 -, Tribes - 1970 -, Montserrat - 1971 -, Cannon - 1971 -, The Six Million Dollar Man: Wine, Women and War - 1973 -, La pattuglia dei dobermann al servizio della legge - 1973 -, Cry Panic - 1974 -, Alexander: The Other Side of Dawn - 1977 -, The Solitary Man - 1979, Where the Ladies Go - 1980 -, Country Gold - 1982 -, Shattered If Your Kid’s On Drugs - 1986 -, American Harvest - 1987 -, Gunsmoke: Sfida a Dodge City - 1987 -, Night Man - 1997) ed in alcuni episodi di telefilm e serie tv (Hotel de Paree - 1959-60, oltre trenta episodi -, The Wide Country - 1962-63, ventotto episodi -, La grande avventura, Bonanza, Il dottor Kildare, Il virginiano, Il fuggiasco, FBI, Al banco della difesa, Marcus Welby, Gunsmoke, Operazione ladro, Disneyland, Ironside, Medical Center, A tutte le auto della polizia, Le strade di San Francisco, Sulle strade della California, Uccelli di rovo, La signora in giallo, L’ispettore Tibbs, Delta - 1992-93, diciassette episodi -, Night Man - 1997-2000, venticinque episodi, ed altri).

Nel 2003 ha abbandonato le scene. Attivista animalista di lunghissimo corso, Earl Holliman è stato per circa trent’anni presidente dell’organizzazione no profit in difesa degli animali "Actors and Others for Animals". Di tale associazione è presidente onorario dal 2011, anno in cui si è ritirato a vita privata nel suo ranch, dove, fin dall'inizio degli anni Ottanta, allevava cavalli.