Né le 11 mars 1984 à Montréal, au Québec, Marc-André Grondin est le fils du présentateur de radio Denis Grondin. Dès l'âge de trois ans, le tout jeune Marc-André se retrouve sur les plateaux de télévision, grâce à des publicités, avant d'embrayer sur différentes séries TV québécoises.
Si sa première apparition sur le grand écran date de 1991, dans Nelligan, où il tient un rôle mineur, il lui faudra attendre 1995 pour faire une rencontre décisive pour la suite de sa carrière. Cette année là, il tourne dans Les Fleurs Magiques, un court-métrage réalisé par Jean-Marc Vallée. Il retrouve le réalisateur près de 10 ans plus tard, en 2005, pour l'un des rôles les plus importants de sa carrière, dans le très bon C.R.A.Z.Y : celui de Zachary Beaulieu, un jeune adolescent homosexuel qui partage une relation entre amour et haine avec son père (interprété par le magistral Michel Côté), conservateur et homophobe. Le film effectue une jolie carrière internationale, propulsant le tout jeune acteur de 20 ans parmi les espoirs du cinéma québécois. Outre une certaine notoriété, C.R.A.Z.Y offre aussi plusieurs récompenses de la part de la profession à Marc-André Grondin : le Prix Jutra 2006 du meilleur acteur, et le prix du meilleur acteur canadien au Vancouver Film Critics Circle Awards 2006.
Si C.R.A.Z.Y a fait découvrir ce nouvel espoir à quelques cinéphiles français, il faudra attendre 2008 et Le Premier Jour du Reste de Ta Vie, réalisé par Rémi Besançon, pour que le France entière connaisse le visage de Marc-André Grondin. Pour son interprétation, il décroche le César du Meilleur Espoir Masculin 2009 (étant en tournage en Espagne en 2009, le trophée lui sera remis sur scène lors des César 2010, pendant un sketch avec Gad Elmaleh). Le Premier Jour du Reste de Ta Vie, chronique familiale à la fois drôle et émouvante, lui donne aussi l'occasion de côtoyer des acteurs confirmés du cinéma français (Jacques Gamblin et Zabou Breitman), ainsi que de jeunes valeurs montantes (Déborah François, Pio Marmaï).
En 2008 toujours, il tourne aux côtés de Didier Bourdon, Marthe Keller et Gérard Depardieu dans Bouquet Final. Il fait aussi une apparition dans Che - Deuxième Partie : Guerilla, réalisé par Steven Soderbergh. Mais il lui faudra attendre 2010 pour revenir sur les écrans avec un rôle marquant : dans Le Caméléon, film basé sur des faits réels et réalisé par Jean-Paul Salomé, il incarne Frédéric Fortin, personnage inspiré de Frédéric Bourdin, l'imposteur qui prenait la place d'enfants portés disparus au sein de leurs familles. Il porte le film de bout en bout dans ce rôle difficile. La même année, il joue l'un des membres du groupe d'amis fans de rock de Bus Palladium, premier long métrage de Christopher Thompson, et incarne l'amant de Laura Smet dans Insoupçonnable, thriller réalisé par Gabriel Le Bomin, avec aussi Charles Berling.