Holmes fece un periodo di internato al "Richmond Asylum" e subito dopo aver conseguito il titolo accademico si impegnò per partire per la Nuova Zelanda, lavorando come chirurgo di bordo. Successivamente vinse una "Stewart Scholarship" per lo studio delle malattie del sistema nervoso, grazie alla quale continuò i suoi studi post-laurea in Germania. Inizialmente a Berlino, si spostò poi a Francoforte sul Meno, dove lavorò presso il "Senckenberg Institute", approfondendo lo studio sulla neuroanatomia con Ludwig Edinger (1855-1919) e sulla neuropatologia con Carl Weigert (1845-1904).