Zahlreiche Titel- und Medaillengewinne feierte Holten Poulsen außerdem bei Europameisterschaften. 2008 sicherte er sich in Mailand mit Kim Wraae Knudsen im Zweier-Kajak über 1000 Meter seinen ersten Titel. 2009 in Brandenburg an der Havel und 2010 in Corvera beendete er den Wettbewerb im Einer-Kajak über 1000 Meter jeweils auf dem dritten Platz. Eine weitere Bronzemedaille im Einer-Kajak folgte 2011 in Belgrad. 2012 wurde er in Zagreb auf der 1000-Meter-Strecke mit dem Vierer-Kajak Europameister sowie im Einer-Kajak über 1000 Meter Zweiter. Alle weiteren Medaillengewinne ab 2013 gelangen Holten Poulsen im Einer-Kajak. So wurde er 2013 in Montemor-o-Velho Weltmeister über 500 und über 1000 Meter sowie Dritter über 5000 Meter. Ein Jahr darauf belegte er in Brandenburg an der Havel auf allen drei Distanzen den zweiten Platz, was er bei den Europameisterschaften 2016 in Moskau wiederholte. Dazwischen gewann er in Račice u Štětí über 500 und über 5000 Meter seinen fünften bzw. sechsten Weltmeistertitel. Über 1000 Meter belegte er abermals den zweiten Platz. 2017 sicherte sich Holten Poulsen in Plowdiw über 1000 Meter die Silber- und über 500 Meter die Bronzemedaille.