Una delle piu straordinarie attrici polacche dell'ultima generazione, Grochowska ha ottenuto in pochi anni al cinema e in teatro piu di quanto molti non ottengano in una carriera intera.
Al cinema, qualsiasi produzione alla quale abbia partecipato si e distinta per l'ottima accoglienza critica. Con il suo ruolo in Pregi, e stata candidata due volte: al premio Orze per i giovani attori polacchi e al Jameson People's Choice Award dello European Film Award. Sia Warszawa sia Pregi hanno ottenuto il Gran Prix al Gdynia Movie Festival. Inoltre, Nina's Journey e stato premiato con il Guldbagge (lo Scarabeo d'Oro), il principale riconoscimento svedese.
Nel 2008, Grochowska ha interpretato Maria in Upperdog di Sara Johnsen e, nel 2010, la sua performance ha ricevuto una nomination al premio Kanon per la Miglior Attrice Protagonista al Festival Internazionale del Cinema "Kosmorama" di Trondheim. Per lo stesso ruolo, ha ottenuto anche il premio Amanda al Festival di Haugesund.
Nel 2010 ha interpretato l'intensa protagonista del dramma bellico Beyond the Steppes di Vanja d'Alcantara. Nel 2013 è apparsa nel cast di Agnieszka Holland In Darkness, mentre l'anno successivo è diretta da Andrzej Wajda nel film Walesa. Dopo Child 44 - Il bambino n. 44 (2014), in cui recita accanto a Tom Hardy, Noomi Rapace e Gary Oldman, torna a un autore polacco, Krzysztof Zanussi, nel film del 2014 Corpo estraneo. Grochowska ha debuttato in teatro che era ancora studentessa del secondo anno presso l'Accademia di Stato delle Arti Teatrali di Varsavia. Non ha mai smesso la carriera in palcoscenico.
E membro della European Film Academy e della Polish Film Academy.