Археолог, музейный деятель, Действительный член Императорского Московского археологического общества (с 1916), доктор исторических наук (1936). Родилась в г. Санкт-Петербурге. Окончила женскую гимназию при Покровской общине сестер милосердия (1898). В годы Русско-японской войны (1904-05) служила сестрой милосердия в Николаевском военном госпитале. В 1910 г. окончила Московский археологический институт и после защиты диссертации была удостоена звания «ученого археолога» и действительного члена Московского археологического института. Производила археологические раскопки на славянских и первобытных памятниках в Псковской губернии и Приуралье (1909-1912). В 1911-1919 гг. работала в Государственном историческом музее.
С 1919 г. в Самаре. Была руководителем Археологического музея Общества археологии, истории, этнографии и естествознания при Самарском университете и Губернского музея, активно участвовала в спасении историко-культурного наследия в Самарской губернии во время массовой национализации. Будучи единственным профессиональным музейщиком в городе, Гольмстен в середине 1920-х гг. организовала создание музейных экспозиций, хранение, научную постановку на учет и описание музейных коллекций на высоком уровне. Основная деятельность Гольмстен была связана с археологическим обследованием Самарской губернии. Она участвовала в 10 экспедициях (8 прошли под ее руководством). Было выявлено и занесено на карту губернии около 1200 археологических памятников, построена общая схема расселения древнего человека в различные археологические эпохи, выделены основные древние культуры края, собраны коллекции артефактов по эпохам, которые в последующие 50 лет служили практически единственными источниками по археологии Самарского Поволжья, сделаны археологические экспозиции в музее. В 1929-1942 гг. работала в Ленинграде, в Государственной Академии истории материальной культуры (Институте истории материальной культуры РАН), в Государственном Эрмитаже, где заведовала отделом первобытной культуры. Продолжала полевые исследования на Нижнем Дону и на Манычском канале. Умерла в блокадном Ленинграде от голода.