Domaren Edward Davila var inte nådig när han på fredagen, när straffet meddelades, beskrev Theranos-svindeln. Han sade att företaget kantats av "vantolkningar, hybris och simpla lögner".
– Det här fallet är så stötande på så många nivåer. Vad var det som fick Holmes att fatta de beslut som hon fattade? Förlorade hon helt sin moraliska kompass, sade Edward Davila.
Elizabeth Holmes å sin sida tog snyftande emot beskedet om straffet på elva års fängelse och sade att hon tar ansvar för sina handlingar.
– Jag ångrar mina misslyckanden med varje cell i min kropp, sade hon.
Är gravid
Den tidigare företagsledaren dömdes för bedrägeri redan i januari. Fredagens domstolsförhandling rörde strafflängden och pågick i flera timmar i en domstol i San Jose i Kalifornien.
Holmes, som är gravid med sitt andra barn, behöver inte lämna över sig till myndigheterna förrän i april nästa år. Hon har 14 dagar på sig att överklaga domen.
Åklagaren hade yrkat på 15 års fängelse och 800 miljoner dollar i skadestånd till tidigare partner och investerare. Rättsexperter bedömde fängelsestraff som troligt, med viss reservation för Holmes graviditet.
En separat förhandling ska hållas om skadeståndet, rapporterar The Wall Street Journal. När den ska äga rum är ännu inte bestämt.
Dåliga maskiner
Berättelsen om 38-åriga Elizabeth Holmes bygger på en spektakulär historia om uppgång och fall under offentlighetens beskådan. Holmes resa med företaget hon grundade, Theranos, har bland annat skildrats i en bok, en podcast, en dokumentärfilm och en tv-serie.
Hennes affärsidé, att med blott en droppe blod genomföra hundratals tester och få snabba provsvar med hjälp av ett lättanvänt testkit, gjorde henne till en fixstjärna i Silicon Valley, god för miljarder.
Men det som varken medier eller investerare kände till, och som Holmes undanhöll, var hur dåligt hennes "revolutionerande" blodanalysmaskiner fungerade. I stället ljög hon om funktionerna och utsatte patienter för risk.