Il représente la Russie en sélection jeune. Lors du championnat du monde moins de 18 ans 2011, il inscrit 18 points. Le coéquipier de Grigorenko, également joueur de la Krasnaïa Armia, Nikita Koutcherov établit le record de points lors d'un championnat du monde moins de 18 ans avec un total de 21. La prestation de Grigorenko est alors le deuxième de l'histoire ex-aequo avec le précédent record d'Aleksandr Ovetchkine en championnat du monde moins de 18 ans 2002. Battue en demi-finale 3-1 par la Suède, la Russie prend la troisième place face au Canada en s'imposant 6-4. Naïl Iakoupov inscrit quatre points dont un triplé et Grigorenko marque trois assistances. Il représente les athlètes olympiques de Russie lors des Jeux Olympiques de 2018 à Pyeongchang, en Corée du Sud