Grégoire Lyonnet suit les traces de ses parents, Christophe et Claudie, tous deux danseurs professionnels. Il est né le 26 juin 1986.

Dès l’âge de 4 ans, Grégoire Lyonnet baigne dans un univers artistique, son père Christophe Lyonnet, ancien danseur amateur, est enseignant depuis 1982, diplômé de l’AMDF (Académie des maîtres de Danse de France) et membre de la direction sportive de la section Danse sportive de la Fédération Française de Danse. Le petit garçon partage la passion familiale, et pratique la danse dès son plus jeune dans l’école de ses parents à Romans-sur-Isère. Il excelle en rock acrobatique et danse de salon et se distingue rapidement en remportant le titre de Champion de France dans la catégorie des moins de 18 ans en 2004.

Compétiteur et créatif, Grégoire Lyonnet, atteint la compétition de haut niveau international en danse sportive, ajoute à son palmarès plusieurs trophées et termine finaliste à la Coupe d’Europe en 2010. Depuis 2009, avec sa partenaire, la danseuse lettonienne Luize Darzniece, le tandem participe à de nombreuses compétitions à l’étranger. Parallèlement, Grégoire Lyonnet est professeur de danse hip-hop, dans l’école de ses parents, le Studio de danse Lyonnet, toujours situé à Romans-sur-Isère dans la Drôme.

En 2011, le danseur rejoint l’équipe de danseurs professionnels de l’émission Danse avec les Stars diffusée sur TF1. Il accompagne au fil des saisons une personnalité sur la piste; l’actrice Marthe Mercadier pour la première saison, Véronique Jeannot ou encore Laura Flessel. Puis il trouve le bon tempo avec la chanteuse Alizée lors de la saison 4 puisque le tandem remporte la finale de l’émission en novembre 2013. Pour la cinquième saison, Grégoire Lyonnet danse aux côtés de la patineuse artistique Nathalie Péchalat. Mais le 29 octobre 2014, le danseur annonce qu’il doit renoncer à poursuivre l’aventure DALS pour des raisons personnelles. Il sera remplacé par Christophe Licata.

Côté vie privée, après avoir partagé la vie de sa partenaire Luize Darzniece (2009–2013), Grégoire Lyonnet est le compagnon de la chanteuse Alizée depuis l’automne 2013. Le 18 juin 2016, le couple se marie à Ajaccio. En mai 2019, le couple annonce attendre un enfant pour l’automne. Le 24 novembre 2019, Alizée donne naissance à une petite fille prénommée Maggy.