Vera Kholodnaïa est née le 9 aôut 1893 à Poltava. Très jeune, elle suivra des cours de danse.
Sa carrière cinématographique se déroule de 1914 à 1918. Elle débute comme figurante et joue un rôle mineur dans Anna Karénine de Vladimir Gardine en 1914. Sa carrière est véritablement lancée en 1915 lorsqu'elle joue le rôle principal du film Le Chant de l'amour triomphant, d'Evgueni Bauer d'après l'œuvre d'Ivan Tourguéniev. En 1918 elle joue dans l'un des plus grands succès de l'époque, Molchi, grust... molchi (Tais-toi, ma tristesse, tais-toi) de (et avec) Piotr Tchardynine.
Vera Kholodnaïa a joué un certain nombre de rôles typiques du mélodrame des débuts du cinéma russe, rôles dans lesquels une jeune femme cherche à s'élever socialement, mais échouant dans sa tentative tout en étant rejetée par son milieu d'origine. C'est le cas dans Mirages en 1915, où l'héroïne, lectrice pour un milliardaire, s'éprend de son fils, ou encore dans Tais-toi, ma tristesse, tais-toi.
Elle meurt de la grippe espagnole en 1919 à l'âge de 26 ans. Renommée pour la beauté de ses yeux, Vera Kholodnaïa a été l'actrice la plus adulée du public à son époque. Alexandre Vertinski, qui a joué avec elle, lui a consacré l'une de ses chansons, Vashi paltsy pakhnut ladanom.
De la quarantaine de films (ou plus selon certaines sources) dans lesquels elle a joué, il n'en reste aujourd'hui plus que cinq.
