Fils d’un ouvrier de l’arsenal de Cherbourg, il intègre l’École normale d'enseignement secondaire spéciale de Cluny avant de rejoindre, pour finir ses études à la fermeture de cette dernière, la Faculté des sciences de l'université de Lyon. Il soumet sa thèse intitulée Sur les Combinaisons organomagnésiennes mixtes sous la direction de Philippe Barbier et devient docteur ès sciences en 1901. Il travaille ensuite un temps à la Faculté des sciences de l'université de Besançon mais reviendra à l'université de Lyon comme maître de conférence.
À partir de 1909, il est nommé professeur à l’Université de Nancy où il poursuit ses recherches. En 1912, il obtient une moitié du prix Nobel de chimie (l'autre moitié a été remise à Paul Sabatier) « pour la découverte du soi-disant réactif de Grignard, ce qui a permis récemment de faire abondamment progresser la chimie organique ».
Durant la Première Guerre mondiale, il est d’abord affecté à la surveillance des voies ferrées avant de participer aux recherches sur les gaz de combats et les explosifs.
Après la guerre il retourne à Nancy, puis en 1919 il succède à Philippe Barbier à la tête de l'école supérieure de chimie industrielle de Lyon. Il devient doyen de la Faculté des sciences de l'université de Lyon en 1929.
Victor Grignard fut marié à Augustine Marie Boulant en 1910, avec qui il eut un fils et une fille.
