Diplômée de l’Institut d’études politiques de Paris, Mme Grégoire Sainte Marie est également titulaire d’une licence en droit commercial de l’université Paris 1. Elle commence son parcours professionnel en 1981 chez Xerox France en tant que contrôleur financier. En 1984, elle intègre le groupe pharmaceutique Hoechst, où elle occupe successivement plusieurs fonctions dans le domaine financier chez Roussel Uclaf SA, avant d’être nommée en 1994 directeur financier d’Albert Roussel Pharma GmbH, membre du directoire. En 1996, elle rejoint Volkswagen France avant d’intégrer, en 1997, le groupe Lafarge en tant que directeur financier de Lafarge Speciality Products (LMS). En 2000, elle est nommée Senior Vice President Mergers & Acquisitions de la division Ciment du groupe. À ce poste, Mme Grégoire Sainte Marie a notamment piloté la stratégie financière du rachat de l’entreprise Blue Circle

En 2004, elle devient directeur général pour l’Allemagne et la République tchèque. En 2007, elle est nommée président-directeur général de Tarmac France et Belgique, avant de devenir en 2009 président-directeur général de Frans Bonhomme. Mme Grégoire Sainte Marie a été membre des conseils d’administration d’Eramet (de 2012 à 2016), de Safran (de 2011 à 2015) et d'Elkem (jusqu'en 2021). À compter de 2011, elle devient administratrice de sociétés. Elle est aujourd’hui membre des conseils d’administration de Groupama Assurances, Fnac Darty, BlueStar Adisseo Corporation et Chapter Zero France. Elle est également administrateur au titre d’investisseur de Calyos, partenaire fondateur de DefInnov (une plate-forme collaborative d’innovation dans le domaine de la défense et de la sécurité) ainsi que Senior Advisor chez HIG European Capital Partners.