Holmes ble utpekt til Steelers' startende split end i forkant av treningsleiren. Han hadde en solid sesong i 2007 og ledet Steelers i mottatte yards og touchdownpasninger, og ble kjent som en av de beste dype truslene i NFL. I sesongåpningen mot Cleveland Browns tok han imot en 40-yard touchdownpasning fra Ben Roethlisberger i en kamp de vant 34–7. I et tap mot Arizona Cardinals i uke 4 hadde han en av sine beste kamper så langt, med seks mottatte pasninger for 128 yards og to touchdowns. Han hadde igjen to mottatte touchdownpansinger i uke 9 mot Baltimore Ravens, hvor begge var i første halvdel. Han avsluttet kampen med fire mottakelser for 110 yards og to touchdowns. I uke 16 avsluttet han kampen mot St. Louis Rams med 133 mottatte yards, en personlig rekord. Ved sesongslutt hadde han 942 mottatte yards og åtte touchdowns fra pasninger. Han ledet ligaen i yards per mottakelse.