Gråbøl já atuou em uma série de filmes, começando com o papel principal na versão cinematográfica do romance de Tove Ditlevsen, Barndommens Gade (1986) e aos 17 anos ao lado de Max von Sydow em Pelle, o Conquistador.
Na televisão, já atuou em Taxa, Nikolaj og Julie, e alcançou fama internacional como a detective Sarah Lund em Forbrydelsen (The Killing – História de um Assassinato),[3] a série foi exibida na BBC Four com grande sucesso, chegando a ganhar um prêmio BAFTA,[4] fazendo de Gråbøl uma celebridade no Reino Unido.[5] Em 2011, interpretou Sarah Lund na sitcom Absolutely Fabulous.
Vida pessoal
De 1994 a 2006 foi casada com o editor e diretor Jacob Thuesen[6], com quem trabalhou no curta-metragem Livsforsikringen (2003) e no longa-metragem Anklaget (2005). Desta relação surgiram dois filhos, Bror (nascido em 2002) e Gudrun (nascido em 2005).
No início de 1990, Gråbøl namorou com o diretor dinamarquês Søren Fauli, em cujos filmes De skrigende halse (1993) e En store Kul-Tur (1996) ela participou.
Em dezembro de 2012, foi diagnosticada com câncer de mama. Ela passou por cirurgia e foi tratada com sucesso após a quimioterapia.[7]