Komunikacyjna historia ulicy Grójeckiej rozpoczyna się w roku 1921. Wówczas, na odcinku od placu Zawiszy do ulicy Opaczewskiej wybudowano linię tramwajową. Nowo wybudowanym odcinkiem ruszyła linia 7 (Radzymińska – Opaczewska). Dwa lata później z trasą na Grójeckiej skrzyżowały się tory biegnące wzdłuż Filtrowej – do nowej pętli przy placu Narutowicza dotarła Filtrową linia 25 (Kawęczyńska-Bazylika – Plac Narutowicza). W tym samym roku torowisko wzdłuż Grójeckiej przedłużono aż na przedmieścia – pętla znalazła się na Okęciu i istnieje w tym samym miejscu do dziś. Do Okęcia z Opaczewskiej dotarła podmiejska linia A. Do wybuchu II wojny światowej do linii na Grójeckiej dołączyły: 8 (Powązki – Opaczewska), 6 (Odrowąża – Plac Narutowicza) i 22 (Dworzec Wschodni – Plac Narutowicza). Filtrową do Placu Narutowicza zaczęła kursować 17 (Dworzec Gdański – Plac Narutowicza). W 1930 przy Opaczewskiej otwarto zajezdnię tramwajową.
Po wojnie i po przywróceniu do normalnego ruchu całej lewobrzeżnej sieci tramwajowej (w 1948 roku) głównymi liniami na Grójeckiej stały się 7 (Plac Narutowicza – Okęcie) i 9 (Solec – Opaczewska).
W 1949 roku na Grójeckiej pojawiły się autobusy – linie 114 (Plac Zawiszy – 17 Stycznia) i 114-bis (Plac Zawiszy – Zbarska). Zawracała tu też kończąca trasę na placu Narutowicza linia 124, która wspomagała tramwaje na Filtrowej. W 1953 roku linia ta wyruszyła na nową trasę (Plac Narutowicza – Paluch) przemierzając większą część ulicy Grójeckiej. Trzy lata później linię 124 wycofano z Grójeckiej, kierując na ulicę Żwirki i Wigury. Wówczas dominującą rolę na Grójeckiej odgrywały tramwaje – 10 linii (7, 9, 14, 20, 25, 29 i nocne 2-kreślone, 7-kreślone i 20-kreślone) docierało do wszystkich rejonów miasta objętych komunikacją tramwajową. Autobusowy przełom na Grójeckiej przyniósł rok 1958 – wtedy to dotarła tu pospieszna linia C.
W latach 60. na ulicy pojawiły się kolejne linie autobusowe: 128, 150, 154, 157, 159, 167, 350, 354, 357, 359, C-bis H, H-bis i sezonowa linia "Magdalenka" do podwarszawskiej Magdalenki. Od trasy tramwajowej dobudowano odnogę do pętli Banacha. Linie tramwajowe w większości pozmieniały trasy, m.in. 9 wyruszyła z Okęcia na Gocławek, gdzie kursuje do dziś, będąc najbardziej obleganą linią w mieście oraz tą, która kursuje najczęściej.
Od lat 70. komunikacja na Grójeckiej kształtowała się w kierunku stanu dzisiejszego. Linię C przekształcono w 521, a H w 101 (kursowała Grójecką do 2000 roku). Liczba linii tramwajowych zmniejszyła się, dając mniejszą liczbę, lecz większą częstotliwość połączeń.
Około 2020 roku u zbiegu Grójeckiej i placu Narutowicza powstanie stacja III linii metra.