Buchholz se poprvé na divadelní scéně ocitl v roce 1948 ve hře Ericha Kästnera Emil a detektivové.
O dva roky později pak přijal první angažmá v Berlíně. Ve filmu se poprvé objevil jako statista v roce 1952, a to ve snímku Stopa vede do Berlína.
Proslavil se však především ve filmu Sedm statečných, kde ztělesnil mladíčka Chico.
Koncem 90. let si zahrál krále Jorgena v česko-slovensko-německé filmové pohádce režiséra Václava Vorlíčka Pták Ohnivák.
Buchholz ovládal angličtinu, francouzštinu, španělštinu, italštinu a ruštinu a podílel na četných zahraničních filmových produkcích. Televizní diváci ho znají i z různých rolí v seriálu Derrick.