Родился 12 февраля 1864 г. в Петербурге.

Профессор (1911), член-корреспондент АН СССР (1927).

Окончил Петербургский горный институт (1885).

С 1885 по 1902 г. служил на металлургических заводах Нижнетагильского горного округа: надзиратель (главный инженер и механик), технический помощник управителя (1886–1893), управитель (1901, 1902) Нижнесалдинского металлургического завода, главный инженер при Нижнетагильском управлении заводчиков Демидовых (1895–1901), управитель Верхнесалдинского металлургического завода (1897–1901). Главный инженер Александровского металлургического завода (Петербург, 1893, 1894). Управляющий Алапаевским горным округом (1903–1907).

На протяжении 1885–1902 гг. В. Е. Грум-Гржимайло было модернизировано почти все оборудование на заводах Нижнетагильского горного округа, построен рельсопрокатный цех Нижнесалдинского металлургического завода (1897–1901), в 2,5 раза увеличено производство рельсов и в 2,5–3 раза уменьшена их заводская стоимость. Им открыт способ изготовления прочного, огнеустойчивого и нерастущего динаса; дано теоретическое обоснование русскому бессемерованию; впервые научно объяснены методы калибровки валков, что позволило начать теоретическое изучение калибровки. Создал гидравлическую теорию расчета пламенных печей, основанную на аксиоме: «Движение пламени в воздухе есть движение легкой жидкости в тяжелой». Благодаря этой теории – как ныне выяснено, справедливой для определенного класса печей – были установлены принципы проектирования и построения печей, указаны способы достижения равномерности нагрева металла, сформировано правило деления нагревающихся и охлаждающихся потоков газа (правило Грум-Гржимайло). Положения гидравлической теории печей были использованы при проектировании 1200 печей металлургических заводов, главным образом Урала и центра России.

С 1907 по 1924 г. В. Е. Грум-Гржимайло находился на педагогической работе: адъюнкт (1907–1911), профессор (1911–1918) Петербургского, Томского (1919) политехнических институтов, Уральского университета (1920–1924).

В Уральском университете был членом ученого совета (1922, 1923), заведующим кабинетом металлургических печей, производства железа и стали (1922–1924), председателем академической комиссии по улучшению быта ученых (1922). Читал по оригинальным программам лекции по курсам «Металлургия стали», «Огнеупорное дело», «Пламенные печи», «Прокатное дело», «Технология топлива». Любимый преподаватель студентов химико-металлургического факультета Уральского университета 1920-х гг.

Покинул Уральский университет в июне 1924 г., после того как подвергся травле на страницах газеты «Уральский рабочий» за выступление на суде в защиту профессора М. О. Клера, обвиненного в шпионаже.

В последние годы жизни (1924–1928) возглавлял основанное им в Москве первое в Советской России хозрасчетное научное учреждение, занимавшееся проектированием заводских печей.

Награжден серебряной медалью в память царствования императора Александра III (1896), орденом Святого Станислава II степени (1911).

В 2003 г. Уральское отделение Академии инженерных наук Российской Федерации учредило премию и медаль им. В. Е. Грум-Грижимайло за разработку и внедрение высокоэффективных технологий в области металлургии.