Holen avtjente en del av militærtjenesten som militærlege ved det nyetablerte Kontoret for katastrofepsykiatri ved Forsvarets sanitet, der han senere var ansatt i ulike forskerstillinger i 1980- og 1990-årene. Han var universitetslektor i psykiatri ved Universitetet i Oslo 1984–1990 og forsker ved Langley Porter Psychiatric Institute ved University of California, San Francisco 1991–1992. Han ble førsteamanuensis i medisinske adferdsfag ved Universitetet i Trondheim i 1993, der han senere ble professor.