Diplômée de l'Académie de théâtre Alexandre Zelwerowicz en 2002, Agnieszka Grochowska devient actrice du Théâtre-studio Stanisław Ignacy Witkiewicz de Varsovie en 2003. Sur scène elle débute dans La Mouette aux côtés de Krystyna Janda et dans Amadeus, où elle donne réplique à Zbigniew Zapasiewicz. Pour sa performance, elle sera nominée pour le prix Félix de la révélation théâtrale de la saison.
Au cinéma, elle débute sous la direction de Dariusz Gajewski (pl) dans le drame psychologique AlaRm en 2002.
Elle est récompensée par le prix du meilleur second rôle féminin aux 35e Festival du film polonais de Gdynia pour son rôle dans Trzy minuty. 21:37 de Maciej Ślesicki (pl).
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