I kommunalvalget i 2002 blev han valgt som medlem af Vinnytsia byråd fra det 29. valgdistrikt. I byrådet arbejdede han som stedfortrædende leder af byrådets permanente udvalg for menneskerettigheder, lovlighed, byrådsmedlemmernes aktiviteter og etik. I 2003 dimitterede han fra det interregionale akademi for personaleforvaltning med speciale i retspraksis. I 2004 blev Groysman medlem af partiet Vores Ukraine.
Den 25. november 2005 blev han valgt til leder af byrådet og fungerende borgmester. Ved kommunalvalget den 26. marts 2006 blev han valgt som byens borgmester og blev dermed den yngste borgmester nogensinde for et ukrainsk administrativt center ( 28 år på valgtidspunktet ). Ved kommunalvalget den 10. oktober 2010 blev han genvalgt som borgmester for en anden periode som kandidat for partiet Ukraines Samvittighed og fik støtte fra 77,81 % af borgerne. Mens han var borgmester, var Groysman næstformand for sammenslutningen af ukrainske byer.
I februar 2010 blev Groysman færdiguddannet fra det nationale akademi for statsadministration med speciale i forvaltning af samfundsudvikling, især forvaltning på lokalt og regionalt plan.
RegeringsministerRediger
Den 27. februar 2014 blev Groysman samtidig udnævnt til vicepremierminister for regionalpolitik og minister for regionaludvikling, byggeri og boliger og kommunale tjenester i Ukraine i den første Jatsenjuk-regering. I denne periode blev Groysman udnævnt til formand for den ukrainske særlige regeringskommission om MH17, der undersøgte nedskydningen og styrtet af Malaysia Airlines Flight 17 (“MH17”) under krigen i Donbass.
Den parlamentariske koalition, der støttede denne regering, brød sammen den 24. juli 2014, og samme dag meddelte premierminister Arsenij Jatsenjuk, at han straks ville træde tilbage fra sit embede. Jatsenjuk’s tilbagetræden blev dog ikke accepteret af parlamentet. Ikke desto mindre udpegede Jatsenjuk-regeringen den 25. juli 2014 Groysman som sin fungerende premierminister. Den 31. juli 2014 afviste Verkhovna Rada imidlertid Jatsenjuk’s tilbagetræden, fordi kun 16 af de 450 parlamentsmedlemmer stemte for hans tilbagetræden.
Formand for Verkhovna RadaRediger
I parlamentsvalget i 2014 blev Groysman valgt ind i parlamentet efter at have været blandt de 10 første på Petro Porosjenko-blokkens valgliste.
Den 27. november 2014 blev Groysman på det nyvalgte parlaments første møde valgt som formand for Verkhovna Rada på den 27. november 2014. 359 (af de 423 deputerede) støttede hans nominering. Han var også den eneste kandidat til posten.
Ukraines premierministerRediger
Med offentlig utilfredshed og beskyldninger om korruption omkring hans regering meddelte premierminister Arsenij Jatsenjuk den 10. april 2016, at han havde planer om at træde tilbage. Efter flere dages parlamentarisk debat blev Groysman den 14. april 2016 stemt ind af parlamentsmedlemmerne med 257 stemmer mod 50 som Ukraines 16. premierminister. Groysman er den yngste ukrainske premierminister nogensinde (han var 38 år ved valget).
Nominering af premierminister afstemning for Volodymyr Groysman Absolut flertal: 212/422 Bemærk, at 28 medlemmer ikke blev valgt i ustabile regioner i den østlige og sydlige del af Ukraine |
||
| Votum | Stemmer | |
 Ja |
257 / 422
|
|
| Nej |
50 / 307
|
|
| Selvstændig stemmeafgivelse |
115 / 422
|
|
Groysmans valg som premierminister udløste et forfatningsmæssigt krav om et nyt kabinet, hvor der allerede var nye udnævnelser på vej på grund af tilbagetrædelser i protest mod Ukraines korruption og reformproblemer. Nogle af posterne i den nye Groysman-regering blev tildelt personer, der blev opfattet som Porosjenko-allierede.
Groysman tilkendegav i 2016, at han ville bekæmpe korruption og opbygge tættere bånd til Den Europæiske Union, som har klaget over udbredt og gennemgribende korruption i Ukraines regering og økonomi.
Groysman forlod Petro Porosjenko-blokken “Solidaritet” den 23. april 2019. Den 20. maj 2019 blev Volodymyr Zelensky, der besejrede den siddende Porosjenko ved det ukrainske præsidentvalg i 2019, indsat som Ukraines præsident, og Groysman meddelte, at han ville træde tilbage som Ukraines premierminister.
Parlamentsvalg i 2019 og afslutning af premierministerpostenRediger
Den 24. maj 2019 meddelte Groysman, at han ville deltage i det ukrainske parlamentsvalg i 2019 med partiet Ukrainsk strategi. (Dette parti blev registreret i 2015 som det lokale parti Vinnytsia European Strategy). Den 30. maj 2019 stemte det ukrainske parlament for at afvise Groysmans tilbagetræden som Ukraines premierminister og bekræftede, at han ville forblive premierminister mindst indtil det ovennævnte parlamentsvalg i 2019, der blev afholdt i juli 2019. Ved dette valg lykkedes det ikke Ukrainsk Strategi at vinde nogen parlamentsmandater med 2,41 % af de samlede stemmer, mens valget havde en valggrænse på 5 %. Det lykkedes heller ikke partiet at vinde et valgkredsmandat.
Groysmans premierministerperiode sluttede, da Oleksiy Honcharuk blev udnævnt til Ukraines premierminister den 29. august 2019.