Родился 20 января 1978 г. в г. Винница Украинской ССР (ныне - Украина). Отец - Борис Исаакович Гройсман, предприниматель, депутат Винницкого городского совета (2002-2006; 2010-н.в.).
В 2003 г. окончил Межрегиональную академию управления персоналом по специальности "юриспруденция". В 2010 г. - Национальную академию государственного управления при президенте Украины, получил диплом магистра по специальности "управление общественным развитием" (специализация "управление на региональном и местном уровнях").
В 1994-2005 гг. работал на руководящих должностях в различных коммерческих структурах (по данным некоторых СМИ, являлся их владельцем), в том числе коммерческим директором в частных торговых предприятиях "ОКО" и "Юность", учредителем последнего был его отец.
В 2002 г. в возрасте 24 лет был избран в Винницкий городской совет, став самым молодым депутатом в составе нового созыва. Являлся заместителем председателя постоянной комиссии по вопросам прав человека, законности, депутатской деятельности и этики.
В 2005 г. был членом партии "Народный Союз "Наша Украина" Виктора Ющенко.
В 2005 г. работал секретарем Винницкого городского совета.
С 25 ноября 2005 г. исполнял обязанности Винницкого городского головы.
26 марта 2006 г. избран городским головой Винницы (35,91%), стал самым молодым руководителем областного центра Украины, сменив на этом посту Александра Домбровского. Кандидатуру Гройсмана на выборах поддержали партии "Наша Украина" и "Блок Юлии Тимошенко". Переизбирался на второй срок 31 октября 2010 г. от партии "Совесть Украины", получив поддержку 77,81% избирателей.
27 февраля 2014 г., после событий "евромайдана" (ноябрь 2013 г. - февраль 2014 г.), по предложению главы правительства Украины Арсения Яценюка был назначен вице-премьер-министром - министром регионального развития, строительства и жилищно-коммунального хозяйства Украины. Как вице-премьер, курировал вопросы местного самоуправления и децентрализации власти.
Возглавил правительственную комиссию по расследованию причин катастрофы Boeing 777 авиакомпании Malaysia Airlines в Донецкой области 17 июля 2014 г., в результате которой погибли 283 пассажира и 15 членов экипажа.
24 июля 2014 г. премьер-министр Украины Арсений Яценюк заявил о сложении полномочий. Распоряжением кабинета министров временное исполнение обязанностей главы правительства было возложено на Владимира Гройсмана. 31 июля Верховная рада не приняла отставку Яценюка, и 1 августа кабинет министров отменил назначение Гройсмана.
26 октября 2014 г. был избран депутатом Верховной рады Украины по списку партии "Блок Петра Порошенко" (четвертый номер в списке). С 27 ноября 2014 г. занимал пост председателя Верховной рады VIII созыва (за кандидатуру Владимира Гройсмана проголосовали 359 депутатов, против - 0, трое воздержались).
14 апреля 2016 г. Верховная рада Украины поддержала кандидатуру Владимира Гройсмана на пост премьер-министра, отправив в отставку Арсения Яценюка. За это решение проголосовали 257 депутатов при 226 минимально необходимых.
29 августа 2019 г. сложил полномочия премьер-министра перед избранной Верховной радой IX созыва.
Вице-президент Ассоциации городов Украины по вопросам жилищно-коммунального хозяйства (2010-2014).
31 марта 2015 г. возглавил созданную по инициативе президента Украины Петра Порошенко Конституционную комиссию по разработке изменений в основной закон.
Общая сумма декларированного дохода за 2017 г. - 17,1 млн гривен (около 646 тыс. долларов США). Согласно декларации, зарплата украинского премьер-министра составляет 435 тыс. гривен, доходы от сдачи недвижимости в аренду - 5,1 млн гривен, продажа земельного участка - 8,79 млн гривен и доходы от размещения средств на банковских счетах - 2,7 млн гривен.
Награжден орденами "За заслуги" II и III (2012,2008) степеней, Кавалерским крестом ордена "За заслуги перед Республикой Польша".
Женат. Жена - Елена Ивановна. Дочери Юлия и Кристина, сын Давид.