Holmes blev medaljevinder i 2005 PGA Tour Qualifying Tournament. Han opnåede en delt tiendeplads i sin første start på PGA Touren i 2006 ved Sony Open på Hawaii, og i februar samme år vandt han FBR Open, hvilket gjorde ham til den hurtigste golfspiller, der nåede op på 1.000.000 dollars i karriereindtjening på PGA Touren. Det var hans femte turnering som professionel og hans fjerde på PGA Touren.

Efter denne sejr faldt hans form, og dette fortsatte i 2007, hvor han kun opnåede 2 top ti placeringer og sluttede året på en 118. plads på pengelisten.

Den 3. februar 2008 vandt Holmes FBR Open for den anden Tour-sejr i sin karriere og erobrede også turneringstitlen for anden gang på tre år. Han startede den sidste runde med en føring på fire slag, men på den 18. tee var han et slag efter Phil Mickelson. Holmes lavede en birdied på det 18. hul for at fremtvinge et playoff-hul og besejrede derefter Mickelson på det første playoff-hul (det 18. hul) ved at lave et seks fods birdie-putt efter en 359-yard drive. Denne sejr bragte Holmes op på 62. pladsen på den officielle verdensrangliste for golfspillere. I 2008 nåede Holmes op på karrierens højeste 42. plads i OWGR.

Spillestil

Holmes er sammen med andre rookies fra 2006 som Camilo Villegas og Bubba Watson kendt for at slå bolden langt væk, over 300 yards (312,7 yards, hvilket placerer ham som nummer 2 i driving distance, kun 6 yards efter den førende, Watson). Som sådan spiller han baner ved rutinemæssigt at slå sin driver så langt som muligt, hvilket minder om John Dalys “Grip it and Rip It”-filosofi, og bruger sin afstandsfordel til at bringe ham tættere på greenen og i position til en wedge eller et kort jern til greenen. Selv om spillestilen ikke er ny, har mange kritikere klaget over, at J.B. Holmes’ stil har indvarslet en ny bølge af golfspillere, der er dedikeret til at smadre bolden så langt, de kan, med hjælp fra det nyere golfudstyr, som golfklubfirmaerne tilbyder, og som hakker bolden ud af rough’en og ind på green, hvilket effektivt eliminerer den udlignende effekt, som golfsporten normalt giver kortere, præcise slagere.

2008 Ryder Cup

I Ryder Cup 2008 besejrede Holmes Europas Søren Hansen med 2&1 under søndagens singlekampe for at bringe USA inden for et point af at vinde Ryder Cup. Jim Furyk ville senere besejre Miguel Ángel Jiménez på det 17. hul for at sikre Ryder Cup’en. Holmes og en anden Ryder Cup-holdkammerat, Kenny Perry, blev af magasinet Kentucky Monthly udnævnt til årets Kentuckians of the Year for 2008.

Hjerneoperation

Efter at have skudt 80 i første runde trak Holmes sig tilbage fra PGA Championship i 2011 i august. Han havde døjet med svimmelhedssymptomer i flere måneder og blev til sidst diagnosticeret med strukturelle defekter i lillehjernen, kendt som Chiari-malformationer. Han blev opereret i hjernen den 1. september 2011, og omkring en måned senere opdagede lægerne, at Holmes var allergisk over for det klæbemiddel, der blev brugt på den svømmeformede titaniumplade i bunden af hans kranie. Han blev fløjet fra sit hjem i Kentucky til Johns Hopkins i Baltimore for at blive opereret igen. Holmes vendte tilbage til PGA Touren i slutningen af januar 2012 ved Farmers Insurance Open.

2012-15: Genoptræning og comeback

Efter hjerneoperationen spillede Holmes i 26 turneringer i 2012. Skader i albue og ankel begrænsede ham til seks PGA Tour-begivenheder i 2013, og han spillede ikke igen før Dunlop Phoenix Tournament på Japan Golf Tour. Holmes opfyldte sin medicinske forlængelse gennem indtjening ved Zurich Classic of New Orleans i 2014, hvor han sluttede som T11. Han skulle bruge en T63 ved Wells Fargo Championship for at få adgang til Players Championship 2014 via FedEx Cup-point. Holmes ville få sin første sejr i seks år, genvandt sin Tour-status gennem 2015-2016-sæsonen og rykkede fra en 242. plads til en 68. plads på den officielle verdensrangliste for golfspillere. Sejren gav også Holmes adgang til PGA Championship 2014 på Valhalla Golf Club i Louisville, Kentucky.

I februar 2015 tabte Holmes i et fire-mands sudden-death playoff i Farmers Insurance Open. Han havde en fælles føring efter 54 hullers etape sammen med Harris English, men kunne kun skyde en sidste runde på niveau-par for at komme med i slutspillet. På det første playoff-hul lavede Holmes en birdie for at gå videre til det andet playoff-hul med Jason Day, efter at English og Scott Stallings var blevet elimineret med pars. På det andet playoff-hul, som var par tre, fløj Holmes hen over green og kunne ikke komme ned i to fra den bagerste rough, hvilket efterlod Day med to putts fra 15 fod til sejren.

I første runde af WGC-Cadillac Championship spillede Holmes 62 i alt 10 under par og førte med fire slag efter den første dag. Hans runde omfattede otte birdies og en eagle for at tangere turneringsrekorden. Holmes beholdt sin føring efter anden runde på trods af en 73-taller på 1 over par. Han førte med to slag før weekenden og åbnede en føring på fem slag efter en runde på 70 slag i tredje runde, som omfattede et hole-in-one på par-3 fjerde hul. Men hans føring var væk på det sjette hul i den sidste runde, efter at han havde spillet tre af sine seks første huller med bogeye. Holmes spillede resten af runden i even-par og spillede 75 slag og sluttede en runde efter vinderen Dustin Johnson. Hans andenplads bragte Holmes op på 19. pladsen på verdensranglisten, hans højeste placering til dato.

2018

I januar 2018 blev Holmes kritiseret af sine professionelle kolleger på de sociale medier efter at have taget fire minutter og ti sekunder over sit andet slag til det 18. hul i sidste runde af Farmers Insurance Open. Holmes havde brug for en eagle for at komme i et playoff, men lagde i sidste ende op. Holmes sagde senere, at han var “chokeret” over den negative reaktion på hændelsen, kommentarer, der udløste endnu et backlash. Pro-kollegaen Justin Thomas forsvarede dog Holmes og sagde, at han ville have gjort præcis det samme, hvis han havde været i hans situation.

2019

Den 17. februar 2019 vandt Holmes Genesis Open, hans femte sejr på PGA Touren og den første i næsten fire år. Holmes overvandt et underskud på fire slag i den sidste runde for at slutte et slag foran den 54-hullers førende Justin Thomas ved afslutningen af en maratonagtig 34-hullers finaledag. Det afgørende øjeblik indtraf på det 13. hul i den sidste runde, da Holmes slog et 12-fods par-putt og Thomas missede to korte putts, hvilket resulterede i en dobbelt bogey.

Holmes delte den 36-hullers føring ved Open Championship 2019 på Royal Portrush med ireren Shane Lowry. Holmes spillede indledende runder på 66-68 for en samlet score på otte under. Han var dog ikke i stand til at få det til at lykkes i weekenden, idet han skød 69-87 og faldt til en delt 67. plads.