Grotenfeltin vanhemmat olivat hovioikeudenneuvos Herman Berndt Grotenfelt ja Dorothea Vilhelmina Mangelus. Hän pääsi ylioppilaaksi 1876 ja valmistui filosofian kandidaatiksi 1880 ja maisteriksi 1882. Grotenfelt suoritti molempien oikeuksien kandidaatin tutkinnon 1883 sekä lisensiaatin ja tohtorin tutkinnot 1887. Hän sai varatuomarin arvon 1885.
Grotenfelt oli Viipurin hovioikeuden palveluksessa ylimääräisenä viskaalina 1888, notaarina ja suomen kielen kääntäjänä 1888–1892, varakanneviskaalina 1892–1893, asessorina 1893–1901 ja hovioikeudenneuvoksena 1901–1905. Hän toimi senaatin lainvalmistelukunnan nuorempana jäsenenä 1893–1900 ja vanhempana jäsenenä 1900–1905. Grotenfelt oli senaatin prokuraattori vuosina 1905–1908 mutta hänet erotettiin tästä virasta 1908 poliittisista syistä. Erottamisen syynä olivat Grotenfeltin väitetyt laiminlyönnit Voima-liiton jutun yhteydessä. Hän oli tämän jälkeen senaatin lainvalmistelukunnan vt. nuorempana jäsenenä 1908–1910 ja toimi sitten asianajajana Helsingissä vuosina 1913–1917. Suomen itsenäistyttyä Grotenfelt oli senaatin oikeusosaston jäsen 1917–1918, korkeimman oikeuden jäsen ja oikeusneuvos 1918–1920 sekä korkeimman oikeuden presidentti 1920–1929.
Grotenfelt oli Helsingin kaupunginvaltuuston jäsenenä ja toimi Ruotsalaisen kansanpuolueen keskushallituksen varapuheenjohtajana. Hän oli lisäksi Suomen lainopillisen yhdistyksen puheenjohtaja ja sihteeri.
