Gra mieszana Od 2005 roku Grönefeld występuje w turniejach wielkoszlemowych w grze mieszanej. W lipcu 2009 zdobyła mistrzostwo Wimbledonu w parze z Markiem Knowlesem. W Nowym Jorku 2010 doszła do półfinału, podobnie we French Open 2010, w obydwu przypadkach partnerował jej Knowles. W Melbourne osiągnęła ćwierćfinał w roku 2006 w parze z Františkiem Čermákiem.
W 2014 roku razem z Jeanem-Julienem Rojerem awansowała do finału French Open, w którym wygrali 4:6, 6:2, 10–7 z Julią Görges i Nenadem Zimonjiciem. W sezonie 2016 razem z Robertem Farahem przegrała w finale Wimbledonu wynikiem 6:7(5), 4:6 z parą Heather Watson–Henri Kontinen.
Występy reprezentacyjne Anna-Lena Grönefeld od 2004 roku regularnie reprezentuje Niemcy w rozgrywkach Pucharu Federacji. Swoje występy rozpoczęła od pierwszej rundy Grupy Światowej, w której Niemki straciły wszystkie pięć punktów w konfrontacji z Francuzkami, a Grönefeld przegrała wszystkie swoje mecze, w tym singlowe z Nathalie Dechy i Amélie Mauresmo. W lipcu 2005 została jednak główną autorką sukcesu swojej drużyny, która w barażach Grupy Światowej pokonała Chorwatki i awansowała do najważniejszej drabinki zmagań.