Holmboe a rencontré Niels Henrik Abel à l'École Cathédrale de Christiania, alors que ce dernier était encore un élève. Holmboe s'est rapidement aperçu du talent d'Abel, le désignant de « remarquable génie » sur son bulletin scolaire. Sur le carnet scolaire d'Abel d'après l'examin de fin d'année de juin 1820, Holmboe avait même écrit que « Au génie le plus extraordinaire, il allie une ardeur inextinguible et un intérêt pour les mathématiques qui feront de lui certainement, s'il vit, un grand mathématicien ». Comme l'établissement se concentrait alors principalement sur la littérature antique et le latin, Holmboe a commencé à donner des cours particuliers à Abel. Il lui conseilla la lectures des œuvres de Lacroix, Euler, Francœur, Gauss, Poisson et Lagrange. Son implication personnelle envers Abel est souvent décrite comme son « principal apport aux mathématiques ».
Holmboe et Abel sont devenus des amis proches. Deux des petits frères de Holmboe ont fait leurs études avec Abel, et les trois étaient également amis. Abel a été invité à la résidence de la famille Holmboe à plusieurs reprises, y compris pour fêter Noël.
Abel meurt de la tuberculose en 1829, à l'âge de vingt-six ans. C'est Holmboe qui a été chargé de rédiger l'hommage officiel de la Norvège. Dix ans après la mort d'Abel, Holmboe a édité et publié ses travaux en deux volumes, sous le nom d’Œuvres complètes de N.H. Abel. Il a été le premier à faire un tel geste.