Er war der Sohn von Sir Fulke Greville (1536–1606), der zeitweise High Sheriff von Warwickshire war, und von Ann Neville, der Tochter des Grafen von Westmoreland. Er ging ab 1564 in Shrewsbury mit Philip Sidney auf die Schule, studierte ab 1568 in Cambridge (Jesus College), das er nach einigen Jahren ohne Abschluss verließ, und ging 1577 mit seinem Freund Philip Sidney an den Hof von Königin Elizabeth I., wo er sich mit Sidney der radikalen protestantischen Fraktion des Onkels von Philip Sidney, Robert Dudley, Graf von Leicester, anschloss. Seine Karriere war zunächst wie die von Sidney durch das Misstrauen von William Cecil (Lord Burghley) und dessen Sohn Robert Cecil behindert. Mit Sidney war er ab den 1570er Jahren als Dichter aktiv in einem Umkreis von Dichtern um Edmund Spenser, Gabriel Harvey und Edward Dyer (manchmal als Areopagus-Gruppe bezeichnet), die sich um die Verbreitung klassischer Versmaße im Englischen bemühten. Er wollte mit seinem Freund Philip Sidney mit Francis Drake 1585 auf Kaperfahrt in die Karibik segeln und später an der Expedition von Robert Dudley in den Niederlanden teilnehmen, was die Königin beidesmal untersagte. Sidney nahm allerdings an dem Feldzug seines Onkels in den Niederlanden teil und fiel dort 1586. Greville nahm an den französischen Religionskriegen teil und kämpfte in der Schlacht von Coutras 1587 und nochmals kurz in der Normandie 1591. Er hatte einen lukrative Verwaltungsposten als Sekretär des Rates von Wales (Council of the Marches of Wales), seinen ersten wichtigen Posten konnte er aber erst 1598 erreichen dank des Einflusses des Grafen von Essex Robert Devereux, der die Nachfolge von Sidney als hochrangiger Protegé von Dichtern übernommen hatte und dem er sich nach dem Tod von Sidney anschloss: er wurde Schatzmeister der Navy. Diesen Posten hatte er auch noch in den Anfangsjahren der Regierung von Jakob I. 1614 bis 1621 war er Chancellor of the Exchequer.