En la década de 1960, Sorensen trabajó para el fabricante danés de lámparas Louis Poulsen, donde ayudó a crear la famosa lámpara de mesa AJ, diseñada en colaboración con el arquitecto Arne Jacobsen. La lámpara AJ se convirtió en un clásico del diseño moderno y aún se fabrica.
En las décadas de 1970 y 1980, Sorensen trabajó como diseñador independiente para marcas como Fritz Hansen y Georg Jensen. Creó muebles, iluminación y objetos de interiorismo que reflejaban su preferencia por las líneas sencillas y limpias.
Holm Sorensen falleció en 2004, dejando tras de sí un legado de diseño moderno y atemporal que sigue influyendo en diseñadores de todo el mundo.