Il club è stato fondato nel 1946 e per la maggior parte della sua storia ha militato nei campionati regionali toscani.
La prima storica promozione in Serie D avviene nell'estate del 1997, dopo essere giunta seconda nel girone B di Eccellenza Toscana e dopo aver battuto Larcianese e San Sisto ai playoff nazionali.
La stagione 1997-98 in quarta serie si conclude in 15esima posizione, ad un punto dalla salvezza, ma facendo retrocedere i grassinesi in Eccellenza dopo un solo anno. Negli anni successivi il Grassina subisce gravi perdite economiche e nel 1998 si fonde con la squadra rivale di sempre, l'Antella. Ciò tuttavia porta il malcontento tra le tifoserie, facendo concludere prematuramente l'unione tra le 2 squadre. Di lì in poi il club passerà diversi anni ricchi di fallimenti sportivi e retrocessioni a livello sia di prima squadra che di giovanili, tanto che nel 2004 la società si dividerà in 2 club diversi: il Valdema Grassina e lo Sporting Grassina. La divisione rimarrà fino al 2010, quando la riunione delle due squadre porta alla fondazione dell' ASD Grassina.
Nel 2019, dopo più di 20 anni nelle categorie regionali e provinciali, il Grassina torna in Serie D per la seconda volta nella sua storia. Nella stagione 2019-20, prima dell'interruzione dei campionati per la pandemia di Covid-19, i rossoverdi si classificano terzi in campionato, ad un passo dal raggiungere il calcio professionistico. La stagione 2020-21 invece, il club non mantiene gli alti livelli dell'anno precedente e finisce 17esimo, venendo nuovamente retrocesso in Eccellenza Toscana.