Der gelernte Fertigungsmechaniker startet für den SC Neubrandenburg, wo er von Jürgen Lickfett trainiert wird. Sein nationaler Zweier-Partner ist Martin Niemann. Bei den Deutschen Meisterschaften 2007 gewann er im Einer die Bronzemedaille. In der nationalen Olympiaqualifikation 2008 erpaddelte er sich einen fünften Platz und wurde in die Nationalmannschaft berufen. Beim entscheidenden Weltcup in Szeged belegte er im Zweier über 500 m mit Rupert Wagner den vierten Platz, verfehlte damit aber die Norm, da die Olympiasieger Ronald Rauhe und Tim Wieskötter das Rennen gewannen. Kurz vor den Olympischen Spielen 2008 rückte er überraschend für den erkrankten Rupert Wagner in den Zweier-Kajak über 1000 Meter an die Seite von Andreas Ihle. In einem Stechen konnten sie sich gegen Norman Zahm und Marcus Groß durchsetzen und damit die Olympiateilnahme sichern. Auf der olympischen Kanustrecke gewann das Duo überlegen das Finale und damit die Goldmedaille. Im Jahr 2010 trat Hollstein wieder mit seinem Zweier-Partner Andreas Ihle an und gewann die Goldmedaille bei den Kanurennsport-Europameisterschaften 2010 in Trasona und bei den Kanurennsport-Weltmeisterschaften 2010 in Posen. Bei den Olympischen Spielen 2012 in London gewann er mit Andreas Ihle die Bronzemedaille im Zweier-Kajak über 1000 m.