Industriepoken för bruket i Karlholm inleddes 1729 när Charles de Geer flyttade en masugn dit från Lövstabruk. Några år senare togs en vallonsmedja i bruk, och en stångjärnshammare flyttades till Karlholm. År 1880 kom lancashiresmidet till bruket, med en ny och större smedja som öppnades på den gamla vallonsmedjans plats. Lancastershiresmedjan blev det verkliga genombrottet för Karlholm. Bruket var aktivt fram till hösten 1931, då den sista järnstången smiddes och verksamheten i sin ursprungliga form lades ned.
Sedan dess har Karlholm drivits i olika former, bland annat inom trä och träförädling, tills bruket med sina fabriker stängdes 2012. År 2013 såldes bruket på auktion, vilket markerade inledningen på en omvandling av den gamla bruksorten tillsammans med det nya framtidsprojektet Karlholm Strand.