בשנת 1905 נרכשו אדמות חולדה על ידי קק"ל והוחלט לנטוע במקום יער לזכרו של בנימין זאב הרצל. בשנת 1908 הקימה ההסתדרות הציונית באדמות אלה את חוות חולדה, חווה חקלאית לנטיעת עצי זית. בחווה  נבנה בית אבן גדול, שנקרא 'בית הרצל' ושימש למגורי מנהל החווה והפועלים. האגרונום לואי בריש מונה למנהל החווה הראשון ובפיקוחו ניטעו באזור 12,000 עצי זית. בשל חוסר ידע וניסיון נקלטו 3000 שתילים בלבד. האווירה בחווה היתה עכורה והתעוררו סכסוכים בין הפועלים לבריש.

עם העברת החווה לניהולו של האגרונום יצחק וילקנסקי השתנו פניה של החווה. חוות חולדה היתה לחוות הכשרה חקלאית שהכשירה חלוצים להתיישבות. במקום ניטעו  עצי בוסתן, חורש ויער והתפתח משק מעורב שכלל לול, רפת, פלחה ותעשיה חקלאית. בתקופת מלחמת העולם עזבו או גורשו מרבית הפועלים. המעטים שנותרו נאלצו להתמודד עם המחסור במים ועם מכת הארבה.

לאחר המלחמה שבה חוות חולדה להיות לחוות הכשרה חקלאית. לחווה הגיעו קבוצות של חלוצים אשר קיבלו הכשרה חקלאית, טיפחו את החווה וענפי החקלאות שבה ונטעו עצים באזור, בעיקר עצי אורן, שנחשבו לגידול המתאים ביותר למקום. במאורעות 1929 הותקפה החווה על ידי מאות מערביי הסביבה. במקום התנהל קרב גבורה שבמהלכו נפל אפרים צ'יזיק, שהגיע לסייע להגנת החווה. בסופו של דבר פינתה המשטרה הבריטית את המגינים שהתרכזו בבית האבן. החווה נחרבה כליל והיער נשרף בידי הפורעים.

בסוף שנת 1930 החלו להגיע לחוות חולדה קבוצות מתנועת 'גורדוניה'. בשנת 1931 שנה התיישבה במקום קבוצת 'גורדוניה א'' שאנשיה עלו לישראל מגליציה, מפולין ומליטא בשנת 1929 וקיבלו הכשרה בחדרה. חברי הקבוצה הקימו את קבוצת גורדוניה חולדה, והחלו בשיקום היערות, המטעים והשדות. בשנת 1937 החלה בניית מבני הקבע על גבעה סמוכה, שהתאימה יותר למגורים ולפיתוח משק חקלאי. בשנת 1938 הושלם המעבר מהחווה ביער הרצל אל אתר הקבע. במהלך השנים הצטרפו למייסדים קבוצת 'גורדוניה-שחריה' ממגדל וקבוצת 'ביצור' מנטעים. חברי הקבוצה הרבו לעבוד בעבודות כיבוש שונות: סלילת כביש גדרה-עזה, הנחת קו הירקון לירושלים, הכשרת שדה התעופה לוד, עבודות יעור בהרי ירושלים ופתיחת מחצבה ליד חולדה.

במאורעות 1939-1936 הותקף הקיבוץ מספר פעמים על ידי כנופיות ערביות, אך ההמגינים הצליחו להדפן. מבני החווה והיער היו למרכז אימונים של ה'הגנה' והמחצבה שבמקום היתה למטווח. בשנת 1943 ערכו הבריטים בקיבוץ חיפוש גדול אחר נשק של ה'הגנה'. היישוב שימש בסיס ליחידות הפלמ"ח.

במלחמת העצמאות היתה חולדה הנקודה העברית האחרונה לפני הדרך לירושלים הנצורה וכן גם נקודת המוצא של 'דרך בורמה' ושל 'קו השילוח' שהעביר מים לירושלים הנצורה. הקיבוץ שימש כבסיס התארגנות ויציאה לשיירות לירושלים, לכוחות שהשתתפו במבצע 'נחשון' ובקרבות לטרון ולמכשירי דרך בורמה. לאחר הקמת המדינה היתה חולדה יעד להפצצות של מטוסים עירקיים ומצריים. בשל ההפגזות פונו ילדי הקיבוץ והחברות לתל אביב למשך שלושה חודשים.

לאחר המלחמה שבו חיי הקבוצה לשגרה. חברי הקיבוץ התפרנסו מחקלאות פלחה, מטעים וכרמי זיתים. בחולדה פעלו בית בד ומכון לניקוי זרעים. בשנות ה-70 הוקמו מפעל לשנאים ומפעל 'ספנקריט' ליצור קורות בטון וקירות לבניה מתועשת. באמצע שנות ה-80 נקלעה קבוצת חולדה למשבר כלכלי וחברתי, חברים רבים עזבו ובנים לא נקלטו. בשנת 1998 נסגר מפעל 'ספנקריט' בעקבות פשיטת רגל. בשנים האחרונות עבר הקיבוץ תהליכים של הפרטה ושינוי אורחות החיים. בקיבוץ הונהג מודל 'רשת ביטחון'. בסמוך לקיבוץ נבנית הרחבה קהילתית. חברי הקיבוץ מתפרנסים כיום מתעשיה (מפעל השנאים 'שנאי חולדה', מכון לניקוי זרעים), חקלאות (רפת, כרמי ענבים, כרמי זיתים, מטעי רימונים, גידולי שדה, לול),  השכרת דירות ומבנים, גן אירועים ועסקים קטנים.

ביער חולדה נמצא 'בית הרצל', שבו מוצגת תערוכה על תולדות המקום. במשך שנים רבות שכנו בחולדה ארכיון 'איחוד הקבוצות והקיבוצים' וארכיון 'גורדוניה-מכבי הצעיר'. בשנת 2009 הועברו הארכיונים אל יד טבנקין ברמת אפעל.