Английский физиолог, член Лондонского королевского общества (с 1897). Отец Дж. Б. С. Холдейна. Родился в Эдинбурге. Окончил Эдинбургский университет (1884). С 1887 до конца жизни вел научно - педагогическую работу в Оксфордском унте. Руководил физиологическими лабораториями в Донкастере (с 1912) и Бирмингеме (с 1921).

Основная область научных исследований - физиология дыхания. Создал классическое учение о регуляции дыхания и роли углекислого газа в этом процессе. Разрабатывал методы исследования процесса дыхания у человека (получение альвеолярного воздуха по Холдейну - Пристли, изучение газообмена по Дугласу - Холдейну). Сконструировал (1898) аппарат для изучения газообмена, нашедший широкое применение в физиологических исследованиях. Впервые разработал научно обоснованный режим безопасной декомпрессии для водолазов, приемы техники безопасности для шахтеров и др. Выяснил механизм токсического действия окиси углерода.

Выступал против механистических тенденций в физиологии.