Holtedahl utgav ett stort antal skrifter inom flera av geologins områden, rörande såväl den äldre fossilförande berggrunden som de kvartära bildningarna. Han skrev ett flertal läroböcker om geologi och om Norges geologi, och var en aktad popularisator av sitt ämne. Han ledde bl.a. den norska forskningsexpeditionen till Novaja Zemlja 1921.