Родился в семье филолога, академика Я. К. Грота и писательницы Наталии Петровны Семёновой (1824—1899), сестры известных деятелей и писателей Николая Петровича Семёнова и Петра Петровича Семёнова-Тян-Шанского.Жена — Наталья Николаевна Лавровская. Дети: Евгения, Алексей, Мария, Наталия, Ольга, Елена, Надежда, Лев.Окончил с медалью гимназию (1871) и историко-филологический факультет Санкт-Петербургского университета с золотой медалью за сочинение «Опровержение Платона и пифагорийцев по метафизике Аристотеля» (1875).После годичной стажировки в Германии в июне 1876 года был назначен исправляющим должность экстраординарного профессора Нежинского историко-филологического института, где на кафедре философии он преподавал психологию, логику и историю философии; с сентября 1878 года по сентября 1881 года он состоял учёным секретерём института.Защитил магистерскую диссертацию «Психология чувствований в её истории и главных основах» (май 1880) и докторскую «К вопросу о реформе логики. Опыт новой теории умственных процессов» (февраль 1883).
С июня 1880 года — ординарный профессор Нежинского института.
В 1883—1886 годах заведовал кафедрой философии Новороссийского университета в Одессе, с августа 1886 года — ординарный профессор Московского университета, где до самой смерти работал на кафедре философии.Неоднократно печатался во французском журнале «Философское обозрение» («Revue philosophique» ) под редакцией академика Теодюля Рибо.
В феврале 1888 года он был избран председателем Московского психологического общества.
В 1889 году основал журнал «Вопросы философии и психологии» , который и возглавлял с 1889 до 1896 года.