Annemarie von der Groeben arbeitete nach ihrem Studium der Germanistik, Romanistik und Philosophie als Lehrerin an Gymnasien. 1976 wechselte sie zur Bielefelder Laborschule, wo sie seit 1989 Didaktische Leiterin ist. Annemarie von der Groeben ist Redaktionsmitglied der Zeitschrift Pädagogik. Die Universität Bielefeld zeichnete sie mit der Ehrendoktorwürde aus.
