Halfdan Holth var en internasjonalt anerkjent forsker. Som direktør ved Veterinærinstituttet 1917–50 ledet han bl.a. den vellykkede bekjempelsen av alvorlige smittsomme husdyrsykdommer i Norge. Han spilte også en nøkkelrolle i arbeidet for opprettelsen av Norges veterinærhøgskole og var skolens første rektor.
Holth ble 17 år gammel opptatt ved Den Kgl. Veterinær- og Landbohøjskole (KVL) i København og tok 1903 eksamen som dyrlege med første karakter. 1903–06 arbeidet han ved Forsøgslaboratoriets bakteriologiske avdeling i København og deretter som assistent ved KVLs avdeling for patologisk anatomi. 1907–08 arbeidet han ved det bakteriologiske laboratorium i Halle, Tyskland, og deretter som kontrollveterinær i Bergen. Han var deretter assistent ved Serumlaboratoriet ved KVL 1908–12.
Holth gjennomførte således en grundig spesialisering innen bakteriologi og serologi. Frem til 1912 publiserte han 20 vitenskapelige arbeider over infeksiøse dyresykdommer, og i alt omfatter Holths bibliografi 125 vitenskapelige og faglige publikasjoner. 1912 ble han knyttet til Veterinærlaboratoriet i Kristiania, og 1914 ble han utnevnt til sjef for serumavdelingen ved det nyopprettede Veterinærinstituttet. Samme år ble han utnevnt som Norges første professor i veterinærmedisin. 1917 fulgte utnevnelsen til direktør ved Veterinærinstituttet, en stilling han innehadde til sin død.
Holth var spesielt godt skikket til å lede bekjempelsen av smittsomme sykdommer hos husdyr. Blant annet spilte han en nøkkelrolle i planlegging og ledelse av bekjempelse av storfeets tuberkulose og smittsomme abort (brucellose) som ble praktisk talt utryddet allerede omkring 1940, noe som vakte internasjonal oppmerksomhet.
Holth var en ivrig forkjemper for etableringen av Norges veterinærhøgskole. Han var formann i komiteen som 1918 fremmet forslag om dette til Stortinget. Han var også medlem av byggekomiteen og formann i studieplankomiteen. Parallelt med direktørstillingen ved Veterinærinstituttet var han høgskolens første rektor 1936–48. I tillegg var han blant annet sakkyndig konsulent for Veterinærdirektoratet, norsk representant i det internasjonale samarbeid innen veterinærvesenet, formann i Pasteurlegatet 1932–50, mangeårig formann i Rådet for Det veterinærvitenskapelige forskningsfond, medlem av Landbruksrådet, og i perioden 1918–31 redaktør av Norsk Veterinær-tidsskrift.
Holth var ridder av 1. klasse av St. Olavs Orden, kommandør av Finlands Vita Ros, ridder av Dannebrogordenen og kommandør av den svenske Nordstjärneorden. 1918 ble han tildelt Veterinærfondets pris for vitenskapelige arbeider og 1936 innvalgt som medlem av Det Norske Videnskaps-Akademi. Han var æresdoktor ved Kgl. Veterinärhögskolan, Stockholm, æresmedlem av Den Norske Veterinærforening, Den Danske Dyrlæge-forening, Den svenske Veterinärläkareförening, Royal Veterinary College, London, og American Veterinary Medical Association.