בחודש ספטמבר 1988 מונה השופט גרוניס לכהן כשופט בבית המשפט המחוזי בבאר שבע. בהמשך, בחודש - אוקטובר 1996, עבר לכהן בבית המשפט המחוזי בתל אביב. תחילת דרכו בבית המשפט העליון הייתה בחודש אפריל 2002, עת מונה לכהונה בפועל לתקופה של שנה. ב-16 ביוני 2003 מונה לכהן כשופט של בית המשפט העליון, וב-28 בפברואר 2012 התמנה לכהונת נשיא בית המשפט העליון.
מינויו לנשיא בית המשפט.
בעת פרישתה של השופטת דורית ביניש מנשיאות בית המשפט העליון, היה השופט גרוניס הוותיק שבשופטי הבית, ועל כן, על פי שיטת הסניוריטי, היה צפוי למלא את מקומה (אמנם אליעזר ריבלין ותיק יותר, אך נותר לו זמן כהונה קצר ומינויו לנשיא נראה חסר טעם). אף על פי כן, חוק שעבר ביוזמתו של דניאל פרידמן, בתקופה שבה כיהן כשר משפטים, קבע כי לתפקיד הנשיא יתמנו רק שופטים שנותרו להם לפחות שלוש שנים עד סיום כהונתם. על כן, השופט גרוניס, שנותרו לו שלוש שנים פחות 41 יום של כהונה, מרגע פרישתה של ביניש ועד הגיעו לגיל שבעים, לא יכול היה להתמנות ביוזמתו של חבר הכנסת יעקב כ"ץ מהאיחוד הלאומי שונה החוק, שלימים כונה "חוק גרוניס", כך הוסרה המגבלה, והתאפשר מינויו לנשיא בית המשפט העליון. על החוק נמתחה ביקורת מצד גורמים באופוזיציה ובאקדמיה שהעלו את הטענה שמדובר בחוק שנחקק לקדם מועמדותו של אדם אחד ושגרוניס זוכה להעדפה בשל פסיקותיו השמרניות.
לאחר שינוי החוק בחרה הוועדה לבחירת שופטים בשופט גרוניס לנשיא בית המשפט העליון, בפברואר 2012. בחירתו הייתה מובטחת שכן לא הוצגו מועמדים אחרים, אולם חבר הוועדה חבר הכנסת דוד רותם נמנע מלתמוך בגרוניס, כמחאה נגד שיטת הסניוריטי.
גרוניס התמנה והושבע ביום שלישי ה-28 בפברואר 2012 כנשיא בית המשפט העליון, וכיהן בתפקיד זה עד הגיעו לגיל פרישה, ב-17 בינואר 2015.
לאחר פרישתו מכס השיפוט.
בשנת 2020 מונה לפרופסור בפקולטה למשפטים של אוניברסיטת חיפה.
ב-20 בפברואר 2022 מונה ליושב ראש ועדת החקירה הממלכתית לרכש הצוללות וכלי השיט.
פסיקה עיקרית וגישה משפטית.
במרוצת השנים נתן השופט גרוניס אלפי פסקי דין והחלטות. בפסיקותיו עסק בכל ענפי המשפט, וקבע הלכות חשובות בתחומי המשפט האזרחי, הפלילי, המינהלי והחוקתי.
משפט פלילי.
לשופט גרוניס עמדה ייחודית ביחס לכללי הפרשנות בפלילים.
גרוניס הוביל מהלך לצמצום תחולת עבירת ההריגה, כאשר בדיון נוסף הוביל את רוב השופטים לקביעה שנאשם בהשתתפות במרוץ מכוניות פיראטי בה נהרג אדם בתאונה בה הנאשם לא היה שותף, לא יורשע בהריגה. כחלק מנימוקיו כתב:
השופט גרוניס גם קבע כי בהליך פלילי יש לאפשר לערכאת הערעור מרחב גדול יותר, בהשוואה להליך האזרחי, להתערבות בקביעת מהימנות, לשם הגנת הנאשם. בנוסף, בפסיקתו, התבטא השופט גרוניס נגד קביעת עונשי חובה בחוק, באופן השולל מבית המשפט כל מרחב תמרון.
בפסיקתו בתחום הפלילי נדרש השופט גרוניס לא אחת לפער הכוחות המוּבְנה שבין התביעה לבין הנאשם. נוכח פער זה, הוא צידד במספר מקרים במתן פרשנות העשויה להקל עם הנאשם, בין בהיבט הדיוני, בין בהיבט המהותי. כך, למשל, קבע השופט גרוניס, בניגוד לעמדת יתר חבריו להרכב, כי יש לאפשר לתביעה לחזור בה מהסכמתה להסדר טיעון רק במקרים חריגים ביותר, ובמקרים אלה, יש לאפשר לנאשם לחזור בו מהודייתו, אם יראה לנכון לעשות כן. בנוסף, לשיטתו, יש להגמיש את המבחנים למתן רשות ערעור בעתירות שמגישים אסירים נגד החלטה של נציב בתי הסוהר בעניין הנוגע למאסר או למעצר.
בפרשת יששכרוב, העיר השופט גרוניס (שנשאר במיעוט לעניין התוצאה באותו מקרה) כי אין זה ברור האם ראוי לאמץ דוקטרינה רחבה של פסילת ראיות שהושגו שלא כדין בדרך של "חקיקה שיפוטית", או שמא ראוי כי מהלך משמעותי שכזה ייעשה על ידי המחוקק. בנוסף, הוא התריע כי המעבר מקבילות הראיות למשקלן, עלול להגדיל את הסיכון לחפים מפשע. בעיניו, עדיפה הסכנה של זיכוי נאשם בעקבות הצבת מחסומים של קבילות, על פני הרשעת חפים כתוצאה מחשיפת בית המשפט לכל הראיות.
בערעור בו זיכה גרוניס אדם מחמת הספק, כנגד דעתה החולקת של השופטת עדנה ארבל, כתב:
משפט חוקתי ומינהלי.
חלק ניכר מפועלו השיפוטי של השופט גרוניס הוקדש למשפט החוקתי והמינהלי, תחום בו עסק עוד מימיו כשופט בבית המשפט המחוזי.
אחד הדגשים החשובים בפסיקתו בנושאים אלה הוא חובתה של המדינה לקיים את התחייבויותיה בפני בית המשפט והצורך לציית לפסקי דין ולשמור על עיקרון סופיות הדיון. באחת הפרשות הוא הדגיש כי "במקרים בהם המדינה מקבלת על עצמה התחייבות לבצע פעולה כלשהי או להימנע מפעולה, נמנע בית המשפט, לעיתים, מהוצאת צו אופרטיבי מתוך כיבוד הדדי בין הרשויות. אולם, מרגע שההתחייבות כלולה בפסק דין, מדובר בחובה לקיים את פסק הדין לכל דבר ועניין".
בכל הנוגע לבחינה חוקתית של חוקי הכנסת, מתאפיינת גישתו של השופט גרוניס בריסון שיפוטי, והוא נחשב למתנגד בולט לאקטיביזם שיפוטי. גרוניס הדגיש לא פעם כי יש לנהוג איפוק, מתוך כבוד למרחב התמרון הנתון למחוקק והערכה לעיקרון הפרדת הרשויות, כמו גם מתוך מודעות למגבלות כוחו של בית המשפט. לדוגמה, גרוניס התנגד לפסילת חוק טל בנמקו שהצידוק העיקרי לביקורת שיפוטית על חקיקה ראשית הוא הצורך להגן על מיעוט ועל יחידים מפני עריצות הרוב, וכן, לפקח על התקיימות כללי המשחק הדמוקרטיים, כך שתישמר האפשרות העומדת למיעוט להפוך לרוב. לדבריו, כשהרוב פועל באופן דמוקרטי ומקבל חוק הנותן עדיפות למיעוט על בסיס פשרה חברתית ודיון ציבורי מקיף, אין מקום שבית המשפט יהפוך לפטרונו של הרוב. בפרשה אחרת, הוא הדגיש את "מרחב התמרון החקיקתי" וציין כי כמעט תמיד ניתן יהיה לחשוב על אמצעים שונים מאלה שבהם בחר המחוקק, שיהיה בהם כדי לפגוע פחות בזכות היסוד הנדונה. אולם, בית המשפט לא יתערב באמצעי שנבחר על ידי המחוקק כל עוד אין הוא חורג מהמתחם הנתון לו ואינו בלתי מידתי. במקרה אחר, הזהיר השופט גרוניס כי מקום שמחירה של הטעות השיפוטית בהחלטה לבטל חוק הוא פגיעה בלתי הפיכה בחיי אדם ובשלמות הגוף, חובה להותיר את החוק על כנו.
לא אחת נותר השופט גרוניס בדעת מיעוט בעניינים אלה. דוגמה בולטת היא פסק הדין בעניין חוקתיות תיקון מס' 4 לחוק למניעת הסתננות, שם הוא נותר במיעוט בדעה כי אין לבטל את התיקון לחוק שמכוחו הוקם מתקן חולות והתאפשר להחזיק מסתננים במשמורת לתקופה של עד שנה. עמדתו באותו עניין הייתה כי על בית המשפט לנהוג זהירות כפולה ומכופלת בעת בחינת חוקתיות החוק, בהתחשב בכך שאך שנה קודם לכן הוא ביטל את ה"גלגול" הקודם של החוק ולאור השינויים שנערכו בחוק לאחר מכן.
לעומת זאת, מקום שמדובר בפגיעה בזכויות יסוד, בזכויות המיעוט ובעקרונות היסוד של המשטר הדמוקרטי, סבור השופט גרוניס כי קיימת הצדקה מיוחדת להתערבות של בית המשפט. בהתאם, הוא נמנה עם דעת הרוב במספר לא מבוטל של פסקי דין בהם הורה בית המשפט על ביטול חקיקה ראשית, ובהם: פסק הדין בו בוטלו סעיפי חוק מחוק יישום תוכנית ההתנתקות, שהגבילו את זכות המפונים לקבל פיצוי; פסק הדין שביטל את החוק המאפשר את הפרטת בתי הסוהר; פסק הדין המבטל סעיפי חוק שמנעו מתושבי האזור לתבוע את המדינה אם נפגעו על ידי כוחות הביטחון אף במסגרת פעולה שאינה מלחמתית; פסק הדין המבטל הוראות בפקודת מס הכנסה שהעניקו הטבות מס ליישובים ללא קריטריונים שוויוניים; פסק הדין בעניין תיקון מספר 3 לחוק למניעת הסתננות; ופסק הדין המבטל הוראה שאיפשרה לדון בהארכת מעצר של חשוד בעבירת ביטחון שלא בנוכחותו.
דגש בולט נוסף בפסיקת השופט גרוניס הוא הצורך להקפיד, במסגרת הבחינה החוקתית, על כל שלבי הביקורת השיפוטית, בדגש על השלב הראשון, שעניינו בחינת עצם קיומה של פגיעה בזכות חוקתית, שהוא השלב הקודם לבדיקת השאלה האם הפגיעה עומדת בתנאי פיסקת ההגבלה. גישתו הזהירה בעניין זה, באה לידי ביטוי גם בעמדתו לפיה יש להישמר מפני הרחבת יתר של היקף הזכויות החוקתיות בדרך של פרשנות, מתוך חשש שהדבר יוביל לזילות הזכויות החוקתיות ולרידוד השיח החוקתי.
בפסקי דינו של השופט גרוניס בכל התחומים מודגשת חשיבותה של הוודאות המשפטית. עמדה זו באה לידי ביטוי, בין השאר, בעמדתו הביקורתית כלפי עילת הסבירות במשפט המינהלי. במספר פסקי דין עמד השופט גרוניס על הבעייתיות הכרוכה בעילה זו, המתאפיינת ברמת הפשטה גבוהה אשר מעצימה את שיקול הדעת השיפוטי, מה שמוביל להגדלת חוסר הוודאות המשפטי. באחת הפרשות הוא ציין כי עילת הסבירות בלעה לתוכה, "כאדם שאינו יודע שובע", עילות פרטיקולריות שהוכרו בעבר בפסיקה, ולדעתו, יש להעדיף שימוש בעילות קונקרטיות יותר, כגון שיקולים זרים, מטרה זרה, או הפליה בעת הפעלה של ביקורת שיפוטית על החלטות מינהליות.
היבט מרכזי נוסף בתפישתו של השופט גרוניס הוא ההכרח לנצל ביעילות את משאביה המוגבלים של מערכת בתי המשפט. אמצעי אחד להגשמת מטרה זו הוא ההקפדה על עילות הסף הנהוגות בבג"ץ. כך, למשל, הוא קבע כי יש מקום לבחון האם עתירות לבג"ץ "בשלות" להכרעה וציין כי ראוי לחשוב מחדש על השינויים שחלו בהלכה לגבי זכות עמידה, שהובילו להסרתו, למעשה, של תנאי סף זה.
משפט אזרחי.
השופט גרוניס נתן פסקי דין רבים בתחומי המשפט האזרחי המהותי, על ענפיו השונים. בפסיקתו, פיתח את הדין בתחומים של דיני חוזים, קניין, קניין רוחני, לשון הרע, פשיטות רגל ופירוק חברות.