Karl Gustaf Johannes, det vill säga Gösta, växte upp i en förmögen familj och deltog redan som barn i jordbruket. Han bestämde sig för att göra lantbruket till sitt livsverk. Grotenfelt utexaminerades från Kejserliga Alexandersuniversitetet 1877 med botanik som huvudämne och kompletterade sina studier vid lantbrukshögskolan i Köpenhamn.
Efter att han återvänt till Finland drev Grotenfelt hemgården och dess mejeriskola tillsammans med sin bror. Han introducerade andelsmejeriverksamheten i Finland och tjänstgjorde som inspektör vid mejeriskolorna. År 1891 utsågs Grotenfelt till direktör för Mustiala lantbruks- och mejeriinstitut. Mustiala tillhandahöll den högsta lantbruksutbildningen i Finland innan undervisningen flyttades till Helsingfors universitet. Grotenfelt blev senare professor i jordbrukslära och föreståndare för Statens agrikultur-ekonomiska försöksanstalt.
Grotenfelt skrev om många viktiga ämnen som mjölkhushållning, bakteriologi, åkerbruk, jordbruksmaskiner och jordbruksredskap. Han grundade ett lantbruksmuseum i Mustiala, till vilket han samlade in de flesta föremålen själv. De ingår nu i Vetenskapsmuseet Lågans och Finlands lantbruksmuseum Sarkas samlingar.