Originaire de Saint-Brieuc en Bretagne, Jean Grenier fait ses études supérieures à Paris, suivant le cursus Khâgne, Ecole normale supérieure, puis la Sorbonne. En 1917, pendant les vacances d’été, il rencontre à la bibliothèque de Saint-Brieuc Louis Guilloux, dont il devient très proche et qui l’ouvre à une vision du monde plus populaire et engagé. Il est reçu à l’agrégation de philosophie en 1922 et commence sa carrière au lycée d’Avignon. Avec Louis Guilloux, André Chamson et Henri Petit, il fonde le groupe « vorticiste » qui se réunit au Café Procope et à Saint-Brieuc, dans l’objectif de rapprocher artistes, écrivains, peintres, …, de toute nationalité, au-delà de la fracture de la Première Guerre mondiale. A cette époque, il commence à fréquenter les milieux littéraires, et rencontre notamment Max Jacob.
En 1923-1924, il enseigne au lycée d’Alger, puis à l’Institut français de Naples de 1924 à 1926. Il y rencontre Henri Bosco et le philosophe Benedetto Croce. En 1926, il fait un important voyage en Grèce, et lorsqu’il rentre en France en 1927, il devient secrétaire chez Gallimard, s’occupant de lire des manuscrits pour les éditions de la NRF. Il publie ses premières critiques pour « La Nouvelle Revue française », fait des conférences aux Pays-Bas, en Allemagne, en Pologne, en Tchécoslovaquie, en Turquie et en Grèce. Daniel Halévy, chez Grasset, publie dans sa collection des « Cahiers verts » « Interiorum rerum ». Après son passage dans l’édition, il revient à l’enseignement sur un poste de professeur de philosophie au lycée Bugeaud d’Alger entre 1930 et 1938, où il a pour élève Albert Camus. En 1931, il participe à la fondation de la revue « Sud ». Après sa thèse de doctorat sur le philosophe Jules Lequier, en 1936, il publie d’abord en revue entre 1936 et 1937, puis en volume en 1938, son « Essai sur l’esprit d’orthodoxie » contre la soumission à « l’orthodoxie marxiste » qui le place en avance sur son temps et qui frappent les esprits d’Albert Camus, Emmanuel Roblès ou Jean Daniel.
Il quitte Alger à l’été 1938 pour le lycée Michelet de Vanves, est mobilisé comme infirmier militaire à Draguignan puis réintègre le lycée de Montpellier où il rencontre Gabriel Marcel. Après la réception de sa thèse, il peut continuer sa carrière dans l’enseignement universitaire, à Lille entre 1942 et 1945. Il prend en charge en 1943 aux éditions Gallimard la collection « Métaphysique ». Il participe aussi à l’ouvrage collectif « L’Existence » aux côtés de son ancien élève Camus. En décembre 1945, il est détaché de l’Université de Lille pour 3 ans en Egypte, à l’Université Farouk-le d’Alexandrie, puis de 1948 à 1950, à l’Université Fouad-1er du Caire : il y fait connaissance d’Etiemble, d’Edmond Jabès, de Georges Perros, fréquente écrivains et intellectuels arabes dont Taha Hussein, reçoit les invités de l’Institut français, André Gide, Roger Gaillois, Jean Cocteau, Louis Massignon… « les Entretiens sur le bon usage de la liberté » paraissent en 1948 et le pose définitivement comme philosophe du choix et de l’individualité.
De retour à Lille à partir de 1950, il poursuit ses collaborations de critique d’art et littéraire avec les revues « L’Express », « L’œil », « Preuves », « XXe siècle », « La Nef », « La NRF », travaille sur le taoïsme, le quiétisme. Il publie « L’Esprit de la peinture contemporaine » (1951), « A propos de l’humain » (1955), « Lexique » (1955), « L’Existence malheureuse » (1957), « Sur la mort d’un chien » (1957), « Les Grèves » (1957), « Essais sur la peinture contemporaine » (1959). Il se préoccupe beaucoup aussi de la situation en Algérie et de la guerre. Il enseigne enfin à Paris et à la Sorbonne où, succédant à Maurice Souriau, il occupe la chaire d'esthétique entre 1962 et 1968. Cette année-là, il prend sa retraite et s’établit à Bourg-la-Reine. Il reçoit le Grand Prix national des Lettres en novembre après la parution de « Albert Camus – souvenirs » et « La Vie quotidienne ».