Jens Holmboe var sønn av legen Michael Holmboe. Han ble student i 1898 og vant kronprinsens gullmedalje i 1902 for avhandlingen «Planterester i norske Torvmyrer». I 1899 ble han konstituert og i 1902 fast ansatt som assistent ved universitetet i Kristianias botaniske have. I 1906 ble han konservator ved Bergens Museums botaniske avdeling, og i 1914 professor i botanikk ved museet. Fra 1907 til 1917 var han dessuten museets direktør, men han fratrådte stillingen da det administrative arbeidet i anledning av den planlagte opprettelsen av et bergensk universitetet fikk så stort omfang at det hindret det vitenskapelige arbeidet. Fra 1906 var han i tillegg redaktør for tidsskriftet «Naturen», og inntil han fratrådte som direktør også av museets årbok.