Holt-Jensen tok geografi hovedfag ved Universitetet i Oslo i 1963 med hovedoppgave/regionalgeografisk studie av fjellbygda Rauland i Telemark. Han var amanuensis ved Universitetet i Århus i 1963 og universitetslektor ved UiB fra 1966. I 1983 tok han iniatitivet til opprettelse av miljøfag ved UiB. I 1986 ble han dr.philos. med avhandlingen . Han var professor i samfunnsgeografi ved Universitetet i Bergen fra 1991 til 2007.