Der Name der Gemeinde leitet sich aus der plattdeutschen Bezeichnung "Holt" für "Wald" ab, das Suffix -heim deutet dabei auf fränkischen Ursprung hin (im Vergleich zu - hausen-Ortsnamen in der Region, die sächsischen Ursprungs sind). Die Gründung liegt somit im 8./9. Jahrhundert. Das Dorf ist von großen Waldungen der Südegge umgeben und liegt auf der Grenze zwischen Eggegebirge und Paderborner Hochfläche. Über Jahrhunderte hinweg lebte ein großer Teil der Gemeinde von der Arbeit in den umliegenden großen Waldungen. Die landwirtschaftlichen Betriebe des Ortes waren fast durchweg von klein- und mittelbäuerlicher Struktur. Von 1833 bis 1917 produzierte im zu Holtheim gehörenden Weiler Marschallshagen eine Glashütte Gebrauchs- und Luxusgläser aller Art.
Mit Inkrafttreten des Sauerland/Paderborn-Gesetzes wurden die meisten Gemeinden des Amtes Atteln am 1. Januar 1975 mit den Gemeinden des Amtes Lichtenau und somit auch Holtheim zur neuen Stadt Lichtenau zusammengelegt und kamen mit dieser zum Kreis Paderborn.[5] Rechtsnachfolgerin der aufgelösten Ämter Atteln und Lichtenau sowie der Gemeinde Holtheim ist die Stadt Lichtenau.
↑Geographische Kommission für Westfalen (Hg.): Geographisch-Landeskundlicher Atlas von Westfalen, Themenbereich X Administration und Verwaltung, Doppelblatt staatliche und kommunale Verwaltungsgliederung, Münster 1990. Vgl. Gerhard Henkel: Geschichte und Geographie des Kreises Büren. Paderborn 1974, S. 101 und Kartenbeilage.
↑Gerhard Henkel: Geschichte und Geographie des Kreises Büren. Paderborn 1974, S. 24 ff.
↑Gerhard Henkel: Geschichte und Geographie des Kreises Büren. Paderborn 1974, S. 176.