Fils de Robert de Grandmesnil seigneur de Grandmesnil, et d’Hawise, fille de Giroie. Avant 1060, il épouse Alice ou Adelize de Beaumont, fille d’Yves, comte de Beaumont-sur-Oise.
Vers 1035-1040, son père, de concert avec Roger de Tosny, combat Roger de Beaumont, lors des troubles qui agitent la minorité du jeune duc de Normandie Guillaume le Bâtard plus tard Le Conquérant. Robert reçoit une blessure aux entrailles qui le fait mourir 3 semaines plus tard. Auparavant, après avoir distribué ses terres à part égales à ses fils Robert et Hugues, il se fait moine à l’Ouche, pour y finir ses jours. Son fils Robert, marqué par l’événement, suit la même voie. Vers 1050, leur oncle Guillaume Giroie, seigneur de Montreuil et d’Échauffour, supplicié par Guillaume II Talvas, les convainc, lui et son neveu, de restaurer le monastère de Saint-Évroult d’Ouche, dont Robert deviendra l’abbé en 1059.
En 1048, Hugues vient à l’aide d’Yves de Bellême, l’évêque de Sées, pour libérer la cathédrale de Sées, envahie par une bande de pillards qui y ont établi leur quartier général. Avec quelques autres, ils assaillent les intrus et décident de mettre le feu à la tour dans laquelle les pillards sont retranchés.
Malheureusement, le feu se propage, et la cathédrale est brulée. Quand en 1049, le prélat assiste au concile de Reims, le pape Léon IX s’en prend violemment à Yves et le contraint, en pénitence, à restaurer la cathédrale incendiée de son fait.
Après la bataille de Mortemer, en 1054, le duc Guillaume le Bâtard reprend pied dans le pays de Bray. Il expulse Geoffroy, l’héritier du château de Neuf-Marché, pour le confier conjointement à Hugues de Grandmesnil et à Gérold, son sénéchal. Ce fort qui est situé au bord de l’Epte, à la frontière du duché de Normandie, est donc une marche du Beauvaisis. Hugues s’y installe pour combattre les raids des chevaliers du Beauvaisis qui ravagent cette frontière du duché, après l’échec d’autres barons normands. Il réussit en une année à capturer les 2 principaux seigneurs de Beauvaisis et à rétablir l’ordre dans la région.
Au début des années 1060, le duc, excédé par les incessants conflits entre certains barons, le dépouille arbitrairement et le force à s’exiler avec d’autres.
Au printemps 1062, sollicité par les seigneurs de Montfort et de Breteuil, le duc se résout à rappeler les bannis, un conflit contre les Bretons et les Manceaux venant de débuter. Il leur restitue leurs patrimoines, et Hugues retrouve Neuf-Marché.
Il est l’un des 20 compagnons connus de Guillaume le Conquérant à la bataille de Hastings. Il participe à la conquête de l’Angleterre en 1066, et est appointé shérif du Leicestershire et constable de Leicester.
Il deviendra l’un des plus grand propriétaire terrien du Leicestershire. Il sera conseiller des co-régents du Royaume d’Angleterre, Odon de Bayeux et Guillaume FitzOsbern, pendant le retour du roi Guillaume en Normandie en 1067. Avant 1086, il est appointé shérif du Leicestershire et constable de Leicester. En 1086, il possède de vastes domaines dans le Leicestershire, Nottinghamshire, Hertfordshire, Northamptonshire, Gloucestershire, Warwickshire, et Suffolk.
Ses 2 fils Yves et Aubrey participent à la révolte de Robert Courteheuse contre son père Guillaume le Conquérant en 1078. Hugues fait partie de ceux qui parviennent à réconcilier le père et le fils en 1079. Bien qu’il participe à la rébellion de 1088 en faveur de Courteheuse contre son frère le roi Guillaume le Roux, il est pardonné et conserve ses domaines en Angleterre.
En 1090, la Normandie est en proie à des troubles depuis plusieurs années déjà. Les habitants de Rouen, soutenus par le nouveau roi d’Angleterre Guillaume II le Roux, se soulèvent contre son frère Robert Courteheuse, le duc de Normandie. Robert II de Bellême, un soutien du duc, entreprend une politique expansionniste, en construisant des forteresses sur des terrres usurpées, Fourches, près d’Argentan et Château-Gonthier dans le Canton d’Écouché, sur l’Orne. Ce mouvement inquiète les seigneurs voisins et, au premier chef, Hugues de Grandmesnil et Richard de Courcy, son allié. Ils entreprennent une guerre contre le seigneur de Bellême, avec leurs fils et leurs alliés, pour lutter contre sa tyrannie. De son côté, Robert II de Bellême, aidé par ses frères Roger et Arnauld, cherche à les anéantir et à dévaster leurs possessions. Les Grandmesnil sont bientôt rejoints par Matthieu, comte de Beaumont-sur-Oise, Guillaume II de Warenne et d’autres. Bellême, voyant qu’il ne pourrait les vaincre, force le duc de Normandie à l’aider. En janvier 1091, le duc met le siège devant Courcy. Malgré l’appui militaire du duc, toutes les tentatives de Robert de Bellême sont repoussées. Hugues de Grandmesnil envoie alors un message au duc, pour s’informer des raisons qui le pousse à agir contre lui, alors qu’il lui a toujours été fidèle, ainsi qu’à son père. Il lui offre 200 livres, lui demandant de s’éloigner une journée afin qu’il puisse en découdre avec le seigneur de Bellême. Mais, le 23 janvier, Guillaume le Roux débarque à l’est de la Normandie. Aussitôt, le duc épouvanté lève le siège et se retire. Les barons rentrent chez eux et le conflit est terminé. Le duc et son frère règleront leurs différents par le traité de Caen.
Au début de l’année 1098, Hugues, déjà très âgé, tombe malade en Angleterre. Il prend la robe monacale et meurt 6 jours plus tard. Deux prêtres ramènent son corps, conservé dans du sel et enfermé dans un linceul de cuir, en Normandie. Il est inhumé dans le chapitre de l’abbaye de Saint-Évroult. Hugues était l’un des derniers compagnons survivants de Guillaume le Conquérant. Son fils Robert hérite de ses possessions normandes et son fils Yves de ses possessions anglaises. Yves engage ses terres auprès de son voisin, Robert 1er de Meulan, comte de Meulan, pour partir 2 fois en Terre sainte, la première fois à l’occasion de la première croisade. Il meurt lors de son second voyage.