2009-ben bemutatkozott aFormula–1-ben, aRenault csapat színeiben hét versenyen indult, de pontot nem szerzett.[1] Szerződést nem kapott 2010-re, de felvette a kapcsolatot korábbi munkaadójával, aholBruno Senna előléptetése után harmadik számú versenyző lett, 2011 év végén pedig leigazolták a visszatérőKimi Räikkönen mellé. Eddigi legjobb versenyeredménye a 2012-es kanadai nagydíjon és a 2013-as amerikai nagydíjon elért második helyezése. 2021-től az amerikaiIndyCar-ban versenyez.[2][3]
Viszonylag későn, 14 éves korában kezdett el gokartozni.2000-ben a francia bajnokságban kezdte meg pályafutását, édesapja minden anyagi és családi segítséget megadott neki, komplett teamet biztosított fiának. Első évében már számos pontszerző, dobogós hellyel hívta fel magára a figyelmet, majd2001-ben meggyőző fölénnyel nyerte "második hazája" bajnokságát. A következő esztendőben a Monaco Kart Cup-on tette tiszteletét, a 14. helyen futott be.
Háromévnyi alapozást követően elérkezett az idő az első formaautós szériára.2003-ban a svájci Formula- Renault 1,6 literes szériában próbált szerencsét az Advance Racing színeiben. Grosjean mind a 10 futamot megnyerte, 10 pole és 10 leggyorsabb kör díszelgett még neve mellett.[4] A Formula Renault Monza nevű versenysorozatban is kipróbálta magát 4 futam erejéig, ám pontot ott nem tudott szerezni.
2004-ben erősebb szériára váltott, a 2 literesfrancia Formula-Renault-ban, az SG Formula csapattal két évet húzott le. Első szezonjában 130 ponttal a 7. helyen végzett, 1 győzelem, 4 dobogó, 2 pole pozíció és 4 leggyorsabb kör szerepel még a neve mellett. Másodjára azonban már meg sem állt a bajnoki címig! 16 futamból tízet megnyert, ugyanannyiszor indulhatott az első rajtkockából, valamint 13-13 alkalommal állhatott dobogóra, illetve futotta meg a leggyorsabb kört. 41 pontot vert a mögötte végző Laurent Groppira.[4] Beválogatták a Renault utánpótlás-nevelő programjába,Flavio Briatore személyesen patronálta ettől kezdve.
Franciaországi szereplésével párhuzamosan aFormula Renault európai szériájában is versenyzett. Első szezonjában 9 versenyen indult, pontot nem szerzett.2005-ben 8 versenyből kétszer a dobogóra is felállhatott, 26 pontjával a 12. helyet foglalta el végelszámoláskor.
Két versenyen rajthoz állt a svájci Formula Renault 2000-es bajnokságban, mindkétszer az élről rajtolhatott, egyszer nyerni is tudott.
Grosjean az F3-ban az egyik legnehezebb pályán, a makaóin mutatkozott be, ahol az időmérőn a 19., a versenyen pedig a kilencedik helyen végzett. Érdekesség, hogy a versenyen legyőzte csapattársait,Fabio Carbonét ésGuillaume Moreau-t.[4]
A bő élmezőny részét képező Signature Plus szerződtette, s egy Mercedes erőforrással hajtott Dallara F305-öst biztosított számára. AFormula–3 Euroseries2006-os kiírása nem került pályafutásának aranylapjai közé. 20 futamból mindössze hatot tudott befejezni, s leginkább saját hibája vezetett kieséséhez. Egy alkalommal azért felállt a dobogóra, Oscherslebenben. 19 pontja a 13. helyhez volt elegendő.
Abrit Formula–3-as sorozatban eltöltött kétfutamos kiruccanása azért példázta, nem felejtett el vezetni, s nyerni Romain, a Pau-ban megrendezett mindkét versenyen pole-ból indulva aratott diadalt. A leggyorsabb köröket is ő futotta.[4]
2007-re is maradt az F3-ban, de az ASM csapatához szerződött, amelyJamie Green,Lewis Hamilton ésPaul di Resta révén az előző három bajnokságot megnyerte.[4] A váltás őt igazolta. 6 győzelmet, 12 dobogót, 4 pole-t és 6 leggyorsabb kört jegyzett. Egész szezonban késhegyre menő küzdelmet folytatottSébastien Buemivel, a tabella első helyet aMugellóban rendezett 9. versenyen vette át.[5] Az első helyet meg is tartotta a szezon végéig, így a 2007-es szezonnak ő lett a győztese, már 1 versennyel a sorozat vége előtt. Végül 106 pontnál állt meg.[6]
Ebben az évben részt vett aMasters of Formula–3 elnevezésű versenyen, ahol pole pozíciót szerzett, de a verseny nem sikerült jól számára, ott csak 14. lett.[7]Amakaói versenyen a 8. helyen futott be.
A 2008-as szezont már aGP2 Asia Series-ben kezdhette, amelyet ellentmondást nem tűrő vezetéssel meg is nyert. A 10 versenyből álló szériában összesen 61 pontot gyűjtött, ez csaknem a duplája volt, mint ami a második Buemi neve mellett szerepelt. Négyszer indulhatott az első rajtkockából, ugyanannyiszor győzött, ötször állt dobogón, három alkalommal futotta meg a verseny leggyorsabb körét.Tavaszra, aGP2 szezonkezdetekor is maradt azART Grand Prix csapatánál. CsapattársaiLuca Filippi majdJamamoto Szakon voltak.[8][9]
Az első verseny időmérőjén motorproblémák miatt csak a 11. helyen végzett, de a versenyen szépen felküzdötte magát, az ötödik helyen végzett. Ez azt jelentette, hogy a rövidebb, úgynevezett sprintversenyen a negyedik helyről indulhatott.[10] A jó rajt után Grosjean a második, majd még ugyanebben a körben az első helyre jött előre. Később Grosjean hibázott, így Kobajasi utolérte, és megpróbálta megelőzni. Ez nem sikerült neki, de a versenyigazgatóság szabálytalannak ítélte Grosjean védekezését, így egy bokszutca-áthajtásos büntetést kapott, aminek következtében visszacsúszott a 13. helyre.[11] Később Isztambulban megnyerte a sprintversenyt, ezzel ideiglenesen felkapaszkodott az összetett második helyére. Bár később visszacsúszott, a szezon végén a 4. lett a bajnokságban. Ő volt a legjobb helyen végző újonc.[12]A 2008-as szezon tehát igencsak felemásra sikeredett részéről.Isztambulban ésSpaban győzni tudott, ezeken kívül mégHockenheimben,Valenciában,Monzában, valamint a török versenyen pezsgőzhetett pódiumon. Egyszer indulhatott a mezőny éléről, 4x futotta meg a leggyorsabb kört. Mindemellett elpuskázott futamból is több volt a kelleténél, hazai versenyein és a hungaroringi futamokon nyújtottakat például biztosan nem tette ki az ablakba. Erős hajrával végül 62 pontjával a 4. helyen zárt azévadot, viszont csapattársait alaposan megverte.
A 2009-es szezonra a csapathoz a 2008-as F3-as bajnok,Nico Hülkenberg csatlakozottPastor Maldonado mellé, így Grosjeannak távoznia kellett. Ám nem maradt csapat nélkül, aRenault közreműködésével aCampos Racing-hez került.[13]A szezont mesterien kezdte, pole-ból nyerte nagy fölénnyel a barcelonai versenyt csapattársát, Petrovot megelőzve, majd a sprintfutamon is fel tudott kapaszkodni a 2. helyre.Monte-Carlóban szintén hozta a főversenyt, majd rövidebb távon sem ismert lehetetlent, nyerni akart a szűk utcai pályán. A 6. körben a Tabac előtt azonban túl nagy rössel vetette be magát az előzésbe, rámászottAndreas Zuber „hátára", a versenygép pedig nekirepült a szalagkorlátnak, gumifalnak. Noha tótágast állt a versenyautó, Grosjean épségben megúszta az esetet.A pocsékra sikerült törökországi hétvégét (egy kiesés a fő-, egy 12. hely a sprintversenyen) Silverstone-ban kívánta feledtetni, hozta megszokott agilis formáját.A főversenyen Lucas Di Grassi volt az ellenfél, a Becketts-ben próbált eléje kerülni, a brazil azonban Pazar manőverrel a fűre küldte az ifjonc francia-svájci versenyzőt. 4., illetve 5. helyen ért célba.A német hétvégén sem tudott újítani, s mivel mindeközbenNico Hülkenberg tarolt, elvesztette vezető helyét a tabellán.Hungaroringen a sprintfutamon begyűjtött ugyan egy 4. helyet, a német újabb győzelmével kezdett elhúzni tőle.Versenyek után érte őtNelson Angelo Piquet elbocsátásának híre, így GP2-es karrierjének vége szakadt. Más kérdés, hogy tavalyi 4. helyét így is meg tudta ismételni, 45 pontot gyűjtött. 3 pole pozíció és két leggyorsabb kör szerepel még neve mellett.
Azeurópai nagydíj időmérőjén sokáig csapattársáhozFernando Alonsóhoz hasonló köröket futott, ám a spanyol az utolsó körén három tizeddel jobbat autózott mint ő. ÍgyAlonso, bejutott az utolsó etapba, míg ő a 14. helyről indulhatott élete elsőFormula–1-es futamán. A versenyen felemás teljesítményt nyújtott. Versenytempója elégedettségre adott okot (leggyorsabb köre a 9. legjobb volt a mezőnyben, csapattársát is megelőzte ebben a műfajban), ugyanakkor több kisebb hibát is elkövetett. Három versenyzőt megelőzve, mintegy másfél perces hátránnyal a 15. helyen zárt.Abelga nagydíjon csak a 19. helyről indulhatott, igaz, a mezőny annyira sűrű volt, hogy mindössze 6 tizedes lemaradással is csak ez a pozíció volt elérhető. Futamát hamar befejezte. A verseny 1. körében, a Les Combes nevű kanyarkombinációban figyelmetlen volt, így összeütközöttJenson Button versenygépével. A baleset további két pilóta (Alguersuari ésHamilton) versenyének is véget vetett.Az immáron KERS-szel felszerelt autóval biztatóan kezdte a hétvégét, majd azolasz nagydíj időmérőjén csupán 2 tizeddel maradt le a Q3-ról, a 12. helyről indulhatott. A rajtot alaposan elpuskázta, a mezőny hátsó részébe esett vissza, ráadásul autója aerodinamikája is megsínylette az első sikánban történt kakaskodást, így körhátrányban csak a 15. helyen tudta befejezni a versenyt.
Aszingapúri hétvégén kezdetben az indulása is kétséges volt, ugyanis ételmérgezés okozta gyomorproblémával küszködött. Az első pénteki szabadedzésen túl nagy sebességgel ment át a 17-es számú kanyaron, aminek következtében kitört az autó fara, majd a szemközti korlátnak ütközve állt meg. Az eset külön pikantériája, hogy 2008-ban ugyanott csapódott a falnak Nelsinho Piquet, mint később napvilágra került, előre megfontolt szándékkal. Egész hétvégén nem ment neki, az időmérőn mindössze a 19. rajtkockát tudta megszerezni, miközben Alonso a 3. sorból indulhatott. A rajtnál sem tudott előrébb lépni, majd mindössze 3 kör után túlmelegedtek a fékjei, ezért a Renault jobbnak látta, ha kihívja őt a pályáról.Aszuzukai hétvége sem sikerült emlékezetesre, az időmérőn, csapattársától 6 tizedre lemaradva a 18. hely jutott neki (büntetések miatt 17. rajtkockából indult), majd a futamon egy kiállásos stratégiával igyekezett feljebb zárkózni, nem sok sikerrel, hiszen végül körhátrányban a 16. helyen intették le.Abrazil nagydíjnak a 13. helyről vághatott neki. Az első körben történt balesetek miatt pontszerző helyen tartózkodott a biztonsági autó érkezésekor. A következő két körben azonban nem tudta felmelegíteni abroncsait, így a mezőny nagy része maga mögé utasította. Körhátrányban, a 13. helyen fejezte be a versenyt.A szezonzáróabu-dzabi nagydíjra teljesen visszaesett a Renault, így nem csoda, hogy az időmérőn mindössze a 19. rajtkockát sikerült megszereznie. A futamon egy kiállással operált csapata, ami a gyenge versenytempó és a forgalom miatt nem bizonyult kifizetődőnek, a verseny végén Fisichella is megelőzte, így körhátrányban az utolsó helyen fejezte be első (csonka) szezonját.
2020. november 29-én aHaas volánja mögött brutális balesetet szenvedettBahreinben. A hármas kanyar után autójával a szalagkorlátnak csapódott, melynek következtében az autó kettészakadt, a kifolyt üzemanyag pedig belobbant és lángolni kezdett. A glóriának nevezett fejvédőnek és a többi biztonságtechnikai eszköznek köszönhetően saját lábán tudott kimászni autója égő roncsából, és az eset után kisebb égési sérülésekkel szállították kórházba.[16][17][18] A szezon utolsó két versenyén így már nem állt rajthoz, és ezzel 2020 végén befejezte Formula–1-es pályafutását.[19] A baleset túlélése után Főnixnek kezdték nevezni.
Grosjean kettős állampolgár, anyja francia, apja svájci származású. Iskoláit Franciaországban végezte, 2006-ban egy természettudományi gimnáziumban érettségizett le. A versenyzés mellett szülővárosának egyik pénzintézetében sajátította el a vagyonkezelés fortélyait.Flavio Briatore kérésére döntött úgy, hogy francia licenccel indul a versenyeken, így jobban felkeltheti a Renault érdeklődését.Az autóversenyzés előtt aBMX és a sí érdekelte. A családban sem volt idegen a sport, nagyapja például indult az1952-es téli olimpiai játékokon.Párkapcsolatban él 2008 óta aTF1 francia tv-csatorna riporter-műsorvezetőjével, a nála 5 évvel idősebb Marion Jollès-val. 2012-ben házasodtak össze Chamonix-ban, három gyermekük van.[20]