Grazyna Bacewicz réalisa ses premiers pas musicaux aux côtés de son père, et commença le violon, le piano et le solfège à l'âge de cinq ans. Son frère aîné Kiejstut, devenu pianiste, l'accompagna fréquemment lors de ses prestations. Sa plus jeune soeur, elle, est poète et a le rôle d'historienne de la famille et de gardienne de la mémoire de Grazyna. Enfant-prodige, Grazyna donna son premier concert à l'âge de sept ans (avec ses frères) et composa sa première pièce - Préludes pour Piano - à treize ans. Son éducation se poursuivit au Conservatoire de Musique de Varsovie, en classe de violon et de piano. En 1928, elle commença des études de philosophie à l'université de Varsovie, tout en continuant sa formation de musique au conservatoire, où elle étudiait la composition avec Kazimierz Sikorski, le violon avec Jozef Jarzebski et le piano avec Jan Turczynski. Elle fut diplômée avec les félicitations du jury en 1932.

Karol Szymanowski, alors professeur au Conservatoire de Varsovie, conseilla à ses jeunes étudiants d'aller à Paris afin d'étudier auprès de Nadia Boulanger. Bacewicz rejoignit ce groupe de jeunes polonais dans les années 1930. Elle y étudia la composition avec Nadia Boulanger, et le violon auprès d'André Touret et de Carl Flesh. A cette période, elle adopta le style néoclassique pour ses compositions, et devint la première femme polonaise et compositeur à obtenir une reconnaissance nationale et internationale. Après l'achèvement de ses études, elle s'attela à participer à d'innombrables concerts et festivals, en tant qu'interprète aussi bien que compositeur ou membre du jury. Dans les années 1930, elle fut premier violon de l'orchestre de la radio polonaise, dirigé par Grzegorz Fitelberg. Elle y interpréta le concerto pour violon de Szymanowski, mais cet orchestre lui donna aussi la possibilité d'entendre ses propres oeuvres, dont le Concerto pour Violon n°1 et trois chants pour ténor et orchestre. Elle ne quitta pas Varsovie pendant la guerre, et continua à composer et à donner des concerts clandestins (par exemple, en interprétant pour la première fois sa Suite pour deux violons).

Après la guerre, elle reprit son poste de professeur au Conservatoire National de Musique de Lodz. Pendant la période staliniste de 1945 à 1955, Bacewicz - comme tous les autres compositeurs - fut victime d'un contrôle idéologique grandissant de la part du nouveau gouvernement socialiste. Elle continua toutefois à voyager et à se produire à l'étranger : elle se rendit cinq fois à Paris pour donner des concerts à l'École Normale de Musique. C'est à cette période qu'elle décida d'arrêter sa carrière d'instrumentiste, et de ne plus avoir que la composition pour occupation.

Il est important de souligner que Grazyna Bacewicz était aussi une pianiste exceptionnelle. Elle excellait dans l'interprétation de sa Sonate n°2 pour piano (1953). Cette Sonate a été enregistrée par Nancy Fierro, une promotrice dévouée de la musique composée par des femmes (son CD « Riches and Rags » est disponible à l'Alliance Internationale des Femmes en Musique.) Un autre magnifique enregistrement de cette sonate a été réalisé par Krystian Zimerman. Le fait que cette sonate ait été écrite lors de l'apogée de la répression staliniste en Pologne prouve que les circonstances politiques n'ont pas nécessairement une influence négative sur la qualité de la musique. Le Final de cette Sonate juxtapose une toccata néo-baroque aux rythmes « moto perpetuo » très vivants, à une vive danse traditionnelle polonaise.

La carrière de compositeur de Grazyna Bacewicz devint sa préoccupation principale dès 1954, après qu'elle eut subi de graves blessures lors d'un accident de voiture. Elle fut encouragée dans cette voie par une multitude de prix de composition et de commissions, reconnaissant la valeur de sa musique (à propos de laquelle elle était elle-même très critique). A 39 ans, elle reçut une mention honorifique de l'International Olympic Games Art Contest de Londres, pour sa Cantate Olympique. Elle reçut aussi le second prix du Concours Chopin de composition, deux autres prix au « Second Contest », et le prix de musique de la ville de Varsovie pour ses travaux de composition, de virtuose et de professeur. En 1950, son Concerto pour orchestre à cordes reçut le National Prize et fut interprété par l'orchestre symphonique national des Etats-Unis.

Les reconnaissances et les prix qu'elle reçut continuèrent : elle obtint le premier prix du Concours International de composition de Liège, pour son Quartet à cordes n°4, en 1951. En 1955, elle gagna au concours de l'union des compositeurs polonais, et reçut un prix du Ministère de la Culture et des Arts pour sa Symphonie n°4, son Concerto pour violon no. 3 et son Quartuor à cordes no. 3. À la fin de l'année 1958, elle acheva sa dernière - et sans doute sa plus grande - composition néoclassique : Musique pour Cordes, Trompette et Percussions, qui fut représentée lors de l'Automne de Varsovie de 1959. Cette pièce reçut le premier prix dans la section composition, et le troisième prix général à la tribune internationale des compositeurs de l'UNESCO en 1960. À partir de 1956, quand la situation politique autorisa certains changements dans la vie musicale, et quelques interactions avec le bloc ouest, le monde de la composition polonaise fut transformé par l'arrivée des nouvelles techniques et de modes avant-garde. Le premier Festival International de Musique Contemporaine eut lieu en 1956. Trois oeuvres de Grazyna Bacewicz y furent représentées : son Quartuor pour cordes no. 4, son Concerto pour orchestre à cordes et son Ouverture. Le Concerto pour violon no. 7 reçut un prix du gouvernement belge, et deuxième prix au Concours Reine Elisabeth de 1965, en composition.

Grazyna Bacewicz est l'une des fondatrices du Festival de l'Automne de Varsovie. Elle devint la première femme vice-présidente de l'Union des Compositeurs Polonais (en 1960), et professeur de composition au PWSM de Varsovie (en 1966). Elle fut membre du jury au Concours Long-Thibaud de 1953, au Concours Tchaikovsky de 1958, au Concours de Naples en 1967, au Concours des formations de quatuor de Budapest en 1968, et elle présida le jury du Concours de Violon de Wieniawski, en 1957 et 1967.