Holtermann var den første som gjorde oppmålinger av gamle bygninger (særlig stavkirker og tømmerhus) for Fortidsminneforeningen. Georg Andreas Bull gjorde senere slike oppmålinger i større omfang. På reise sammen med sin venn Nicolay Nicolaysen, formann i Fortidsminneforeningen, sommeren 1848 påviste Holtermann at de fleste stavkirkene opprinnelig hadde hatt åpne takstoler. Holtermanns ombygginger og restaureringer av gamle kirker beskrives som hardhendt.