Der gebürtige Wuppertaler Holger Dörnemann studierte Theologie, Psychologie und Philosophie in Bonn und Fribourg. Anschließend arbeitete er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Dogmatik und Theologische Propädeutik der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn und schrieb dort auch seine Promotion.
Danach wirkte er zwei Jahre als pädagogischer Mitarbeiter des Katholischen Bildungswerks Bonn und ab 1998 als Diözesanreferent für Religiös-Theologische Erwachsenenbildung des Bildungswerk der Erzdiözese Köln e.V. Ab 2006 leitete Holger Dörnemann das Referat Ehe, Familie und Glaubensvermittlung in der Hauptabteilung Seelsorge des Erzbischöflichen Generalvikariats Köln. Das Erzbistum Köln ernannte ihn 2018 zum Beauftragten für Homosexuellenpastoral.
In München habilitierte er sich für das Fachgebiet "Religionspädagogik und Katechetik". Dort ist Holger Dörnemann seitdem als Privatdozent tätig (ein Semester auch als Lehrstuhlvertretung). 2012 wurde der habilitierte Theologe zum Berater der Kommission für Ehe und Familie (XI) der Deutschen Bischofskonferenz ernannt. Als solcher hat Holger Dörnemann die beiden Familiensynoden 2014/2015 beobachtet und auf seinem Blog darüber berichtet. Heute ist er der Leiter der Abteilung Familien und Generationen im Bistum Limburg.
