Hans-Henning von Grünberg studierte von 1985 bis 1993 Physik an der RWTH Aachen und der Freien Universität Berlin. 1994 erfolgte seine Promotion mit einer Arbeit im Bereich theoretischen Festkörperphysik, die Habilitation folgte 2002. 1995 wurde er Assistent am Department of Theoretical Physics der University of Oxford, ab 1998 am Fachbereich Physik der Universität Konstanz. Zum Universitätsprofessor für Theoretische Physikalische Chemie wurde er 2004 an die Karl-Franzens-Universität in Graz berufen. Von 2007 bis 2009 war er dort Forschungs- und Vizedekan. Von 2009 war er der Präsident der Hochschule Niederrhein. Seit dem April 2021 ist von Grünberg Professor für Wissens- und Technologietransfer an der Universität Potsdam.

Von Grünberg war 2014 darüber hinaus Gründungsmitglied der Hochschulallianz für den Mittelstand. 2017 wurde er von der Wochenzeitung DIE ZEIT und dem Centrum für Hochschulentwicklung CHE als Hochschulmanager des Jahres ausgezeichnet. Im März 2021 entwarf von Grünberg mit den Mitgliedern der grünen Bundestagsfraktion – Anna Christmann und Kai Gehring sowie Muriel Helbig, (Präsidentin der Technischen Hochschule Lübeck) das Konzept einer Deutschen Innovationsagentur („D.Innova“). Namentlich und inhaltlich wird darin das Vorbild der schwedischen Agentur Vinnova aufgegriffen, die besonderen Augenmerk auf sozial und ökologische eingebettete Innovationen legen soll