Agnieszka Grochowska jest aktorką teatralną i filmową. Zadebiutowała w 2001 r. w sztuce Teatru Telewizji "Beatryks Cenci", gdzie wcieliła się w postać tytułową. W 2002 r. ukończyła studia na Wydziale Aktorskim Akademii Teatralnej w Warszawie. W latach 2003 - 2011 była aktorką Teatru Studio w Warszawie, na deskach którego grała w spektaklach w reżyserii Zbigniewa Brzozy, m.in. w "Mewie" u boku Krystyny Jandy oraz w "Amadeuszu", gdzie partnerowała Zbigniewowi Zapasiewiczowi. Za rolę w tych spektaklach otrzymała nominację nagrody Feliksa za najciekawszy debiut teatralny sezonu. Zagrała również komediową rolę Beatrice w "Słudze dwóch panów" Goldoniego w reż. Rimasa Tuminasa. Na dużym ekranie zadebiutowała w filmie "Alarm" w reżyserii Dariusza Gajewskiego. Za rolę Tani w "Pręgach" Magdaleny Piekorz aktorka otrzymała nominację do Polskiej Nagrody Filmowej Orzeł 2005 oraz nominację do Jameson People’s Choice Awards (nagroda publiczności przyznawana w ramach Europejskich Nagród Filmowych). Jest również laureatką Złotego Lwa za drugoplanową rolę kobiecą w filmie "Trzy minuty. 21:37" na Festiwalu Polskich Filmów Fabularnych w Gdyni. W 2007 r. otrzymała nagrodę "Shooting Stars" dla najbardziej obiecującej aktorki, przyznaną podczas Międzynarodowego Festiwalu Filmowego w Berlinie. Aktorka stworzyła kilkanaście ról w spektaklach Teatru Telewizji, reżyserowanych m.in. przez Andrzeja Seweryna, Jana Englerta, Zbigniewa Brzozę czy Janusza Majewskiego. W styczniu 2012 roku odbyła się polska premiera filmu Agnieszki Holland W ciemności (In Darkness), w którym Grochowska gra jedną z głównych ról. Obraz został nominowany do Oscara za najlepszy film nieanglojęzyczny podczas 84. ceremonii wręczenia Oscarów. Sama Grochowska nominowana została do Polskich Nagród Filmowych za najlepszą główną rolę kobiecą w wyżej wymienionym filmie. Nagrody jednak nie otrzymała. W listopadzie 2011 roku ogłoszono, iż Grochowska wcieli się w postać Danuty Wałęsy w filmie Wałęsa. Człowiek z nadziei w reżyserii Andrzeja Wajdy. Obraz opowiada biografię Lecha Wałęsy. 11 kwietnia 2014 została odznaczona brązowym medalem „Zasłużony Kulturze Gloria Artis".