Son père est Heinrich Wilhelm Holtzbrinck(de), propriétaire d'un manoir à Oedenthal et administrateur de district dans l'arrondissement d'Altena(de). Sa mère est Anna Marie Henriette née Haardt. Holtzbrinck lui-même est marié à Johanna von Hymmen zu Hain (1820-1858) depuis 1849.
Holtzbrinck passe son Abitur au lycée de Düsseldorf, puis étudie le droit à Göttingen, Heidelberg, Bonn et Berlin. Au cours de ses études, il devient membre de l'ancienne fraternité de Bonn en 1828. En 1830, il entre dans le service judiciaire prussien de la cour d'Arnsberg comme auscultateur. Ensuite, il y est également stagiaire à la cour, avant de passer au district d'Arnsberg en tant que stagiaire gouvernemental en 1832. Il est libéré du service militaire pour cause d'inaptitude. À partir de 1836, il travaille comme évaluateur du gouvernement à Düsseldorf, plus tard à Magdebourg et à partir de 1839 à Arnsberg.
En 1840, Holtzbrinck est nommé conseiller du gouvernement d'Arnsberg. Un an plus tard, il a est élu administrateur de district pour l'arrondissement d'Altena(de). Il occupe ce poste jusqu'en 1853, date à laquelle il est nommé conseiller principal et directeur du département du gouvernement à Arnsberg. En 1857, Holtzbrinck devient vice-président du district de Münster.
En 1862, il est ministre prussien du Commerce, de l'Industrie et des Travaux publics pendant quelques mois (de mai à début octobre). Lorsque le conflit constitutionnel prussien se développe, Holtzbrinck et d'autres ministres démissionnent en signe de protestation. Sa révocation est accompagnée de sa nomination en tant que Wirkl. Geh. Rat avec le titre d'Excellence.
Helge Dvorak: Biographisches Lexikon der Deutschen Burschenschaft. Band I: Politiker. Teilband 2: F–H. Winter, Heidelberg 1999, (ISBN3-8253-0809-X), S. 390–391.
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