Grotenfeltin vanhemmat olivat vankeinhoitohallituksen ylitirehtööri Adolf Grotenfelt ja Ida Gustava Wilhelmina Rein. Hän pääsi ylioppilaaksi 1879 Helsingin ruotsalaisesta yksityislyseosta ja valmistui filosofian kandidaatiksi 1883, maisteriksi 1886, lisensiaatiksi 1887 ja tohtoriksi 1888. Grotenfelt oli Helsingin suomalaisen jatko-opiston historian opettajana 1888–1906, suomalaisen tyttökoulun historian opettajana 1889–1892 sekä Helsingin yliopistossa Suomen, Venäjän ja Pohjoismaiden historian dosenttina 1887–1905 ja Pohjoismaiden historian ylimääräisenä professorina 1905–1926. Hän toimi myös Viipurilaisen osakunnan inspehtorina 1907–1926. Vuonna 1923 Grotenfelt sai Helsingin yliopiston teologian kunniatohtorin arvon.
↑Förteckning öfver Finlands till urtima landtdagen i Helsingfors år 1905–1906 församlade Ridderskap och Adel. Protokoll förda hos Finlands Ridderskap och Adel vid Landtdagen år 1905–1906. Andra häftet. Helsingfors: Helsingfors Centraltryckeri, 1907, ss. 945-954.