Hololei ha trabajado en la Comisión Europea desde 2004, siendo secretario general adjunto de la Comisión desde noviembre de 2013. Previamente, completó nueve años como jefe del Gabinete del comisario y vicepresidente Siim Kallas, tanto en su primer mandato (2004-2010) de la Administración, Auditoría y Lucha contra el Fraude, como en el segundo (2010-2013) de Transporte.
Licenciado en Ciencias Políticas y Economía Internacional por la Universidad de Aarhus, cuenta también con un máster en Economía por la Universidad Técnica de Tallin. Comenzó su carrera en 1993 en la Asociación de Comercio Exterior de Finlandia, antes de pasar a trabajar para el Gobierno de Estonia en Tallin, donde ocupó diversos cargos entre 1995 y 2003, incluyendo, el de director de la Oficina de Integración Europea, jefe de Gobierno del Consejero de Asuntos de la UE y ministro de Economía entre 2001 y 2002.