Anouk Grinberg débute à quatorze ans sur les planches, dans la pièce Mon coeur est rouge de Michèle Rosier.
Le théâtre occupe tout d'abord l'essentiel de sa carrière et Anouk Grinberg attend 1985 pour se présenter devant la caméra de Dennis Berry dans Dernière chanson. Quelques années plus tard, le public découvre cette comédienne hors norme, totalement en dehors des modes et du star-system, en jeune paumée dans le rôle de Joëlle dans Merci la vie (1990) de Bertrand Blier. En 1992, dans Un deux trois soleil du même réalisateur, elle est une femme enfant habitant la banlieue nord de Marseille. Elle tient le haut de l'affiche de deux films : Sale gosse (1994) de Claude Mouriéras et Mon homme (1995) de Bertrand Blier. Dans Disparus (1997) de Gilles Bourdos, elle devient Mila, égérie des surréalistes et maîtresse d'un machiniste stalinien et d'un militant trotskiste.
Comédienne de théâtre avant tout, Anouk Grinberg joue depuis son plus jeune âge. Une première prestation dans Remagen (1976) de Jacques Lasalle, puis les spectacles s'enchaînent : Faust ou la fête électrique (1982) de Richard Foreman, L'Ordinaire (1983) d'Alain Francon, La Cruche cassée (1984) et L'Ecole des femmes (1985) de Bernard Sobel. En 1990, elle est plébiscitée pour La Maman et la putain de Jean-Louis Martinelli, pièce pour laquelle elle obtient le Prix de la critique 1990. Ce succès est suivi du Temps et la chambre (1992) de Patrice Chéreau.
Elle choisit de s'éloigner des planches quelques années puis elle remonte sur scène en 1998 dans Chaos debout, pièce écrite pour elle par Véronique Olmi et mise en scène par Jacques Lasalle.
Courts métrages 1976 | On ne connaît qu'elle | Caroline Champetier |
| 1991 | Comme nous serons heureux | Magali Clément |
Longs métrages| 1976 | Mon coeur est rouge | Michèle Rosier |
| 1979 | Tapage nocturne | Catherine Breillat |
| 1986 | Last song | Dennis Berry |
| 1987 | Embrasse-moi | Michèle Rosier |
| 1987 | Matins chagrins (Les) | Jean-Pierre Gallepe |
| 1987 | Vallée fantôme (La) | Alain Tanner |
| 1988 | Enfant de l'hiver (L') | Olivier Assayas |
| 1988 | Fille du magicien (La) | Claudine Bories |
| 1988 | Jeu des voyages (Le) | Jean-André Fieschi |
| 1989 | Jeu de mains, jeu de vilains = Le Cri du lézard | Bertrand Theubet |
| 1990 | J'entends plus la guitare | Philippe Garrel |
| 1990 | Merci la vie | Bertrand Blier |
| 1991 | Août | Henri Herré |
| 1991 | Contre l'oubli : Aung San Suu Kyi (Myanmar) | Bertrand Tavernier |
| 1992 | Un deux trois soleil | Bertrand Blier |
| 1994 | Sale gosse | Claude Mouriéras |
| 1995 | Mon homme | Bertrand Blier |
| 1995 | Un héros très discret | Jacques Audiard |
| 1997 | Disparus | Gilles Bourdos |
| 2000 | Denti | Gabriele Salvatores |
| 2001 | Entre chiens et loups | Alexandre Arcady |
| 2001 | Petites couleurs (Les) | Patricia Plattner |
| 2002 | Nuit noire | Daniel Colas |
| 2002 | Prophétie des grenouilles (La) | Jacques-Rémy Girerd |
| 2003 | Une vie à t'attendre | Thierry Klifa |
| 2005 | Fragments d'Antonin (Les) | Gabriel Le Bomin |
| 2011 | Sea, no sex and sun | Christophe Turpin |
| 2015 | Money | Gela Babluani |
| 2018 | Autre (L') | Charlotte Dauphin |
| 2020 | Tromperie | Arnaud Desplechin |
| 2021 | Nuit du 12 (La) | Dominik Moll |