Futbola İsveç'in IF Elfsborg takımında başlamıştır. 2002 yılında profesyonel futbol takımına giren oyuncu 2002-2007 yıllarında IF Elfsborg forması ile 112 maçta 18 gol atmıştır.

2007 yılında Danimarka kulübü olan Brondby IF'e transfer olmuştur. 2007-2010 yıllarında Brondby IF forması ile 83 maçta 13 gol kaydetmiştir.

2010 yılında İstanbul Büyükşehir Belediyespor'a transfer olan Holmen, bu takımda 3 yıl forma giymiş ve 99 maçta 23 gol atmıştır.

Fenerbahçe,Samuel Holmen'i renklerine bağladığını KAP'a bildirdi. 17 Haziran 2013'te Fenerbahçe'ye transfer olmuştur. Orta Saha'da görev yapan oyuncu, 18 nolu formayı giymektedir.

2003-2006 yılları arasında İsveç U-21 milli takımının formasını giyen oyuncu 22 maçta 3 gol kaydetmiştir. 2006 yılında İsveç Milli Futbol Takımı formasını giyen Samuel Holmen, 22 maçta 2 gol atmıştır.