Her ne kadar holografi üç boyutlu görseller ile ilişkilendirilse de, bu alandaki en önemli gelişmelerden birisi, hologramlar kullanılarak bilginin depolanabilmesine ve ardından bu bilgiye optik bir biçimde ulaşılabilmesine olanak sağlayan holografik bellek sayesinde olmuştur.
Holografik bellek, iki ışık kaynağı arasındaki etkileşim sayesinde oluşturulur. Bu ışık kaynaklarına referans ve sinyal adı verilir ve lazer ışık kaynağı, en temiz veri kaynağı olarak kullanılır. Normal hologramlarda olduğu gibi bir nesnenin görsel kopyasını kaydetmektense bir veri dizisi kaydedilir. 1 ve 0'dan oluşan ikili veri dizisi, aydınlık ve karanlıktan oluşan bir ışık dizisi olarak yansıtılır.
Holografik bellek hâlâ gelişimini sürdürmektedir ancak bu alandaki en önemli gelişme, günümüzden neredeyse 50 yıl önce yaşandı. 1970'te, o dönemde Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunan Sperry Rand Araştırma Merkezi'nde Baş Bilim İnsanı olarak görevli olan Henry Caulfield ile elektrik mühendisleri Richard Soref ve Donald McMahon, "holografik veri depolama" yönteminin patentini aldı. Patent başvurusunda ekip, holografi kullanılarak veri kayıt etme ve kaydedilen veriye ulaşma yöntemlerini tanımladı. Bir hologram, teoride bir kübik milimetre başına dört gigabit veri depolayabilir ancak pratikte bu miktar daha azdır. Bu yüksek miktarda depolama alanının yanı sıra holografik depolama, verinin tamamına neredeyse anında erişim imkanı sunmaktadır.
2006 yılında InPhase Technologies firması, holografik yöntemleri kullanarak veri depolamada yeni bir rekor kırdı ve bir inçkare başına 515 gigabit veri depolamayı başardı. Şirket bu rekorunu takiben, holografik bellek yöntemini kullanan depolama ürünlerinin satışına başladı. Caulfield ve iş arkadaşlarının bu alanda yaptıkları çalışmalar sayesinde bir gün, DVDlerin ve sabit disk sürücülerinin artık kullanılmayacağına inanılmaktadır.