Aktywny w latach 1967-1983 zawodnik napisał karierę wyłącznie w dwóch rozdziałach. Ten dłuższy to pobyt w Eintrachcie Frankfurt, którego stał się legendą, przyczyniając się do zdobycia Pucharu UEFA i trzech Pucharów Niemiec.
W 1981 roku przed zawieszeniem butów na kołku postanowił jeszcze udać się w podróż do Stanów Zjednoczonych, gdzie przywdziewał trykot nieistniejącego już Fort Lauderdale Strikers, ekipy z siedzibą w Miami.
Ogromną spuściznę występujący jako ofensywny pomocnik, napastnik lub skrzydłowy Hölzenbein pozostawił po sobie przede wszystkim jako postać reprezentacji Niemiec (dawniejszego RFN-u). Na Mistrzostwach Świata rozgrywanych przed własną publicznością zanotował dwie asysty, w tym jedną w finale w Monachium przeciwko Holandii.
Wówczas w środku pierwszej połowy wywalczył on rzut karny, którego na bramkę zamienił Paul Breitner. Po tej sytuacji podopieczni Helmuta Schöna wyrównali stan rywalizacji, a później przechylili szalę na swoją korzyść jeszcze przed przerwą za sprawą trafienia legendarnego Gerda Müllera.
W narodowych barwach Hölzenbein zanotował ogółem 40 występów, dopisując pięć goli.
Z kolei na poziomie klubowym dzięki bronieniu barw Eintrachtu stał się również rozpoznawalny na poziomie Bundesligi, zdobywając 160 bramek w 420 kolejkach.
Po zakończeniu piłkarskiej kariery na krótko rozstał się z ukochanym klubem, aby potem pełnić funkcję wiceprezesa, doradcy strategicznego oraz szefa skautingu. W 2017 roku sprawował już tylko rolę reprezentacyjną.
Przez resztę życia zmagał się z demencją i ograniczały go też inne problemy zdrowotne.