Після закінчення війни Гринько здійснив свою мрію. Починаючи з 1946 року він працював спочатку помічником режисера, а потім актором у драматичних театрах Запоріжжя та Ужгорода, поступово висунувшись на провідні ролі. З 1955 року він — актор і художній керівник Київського естрадного оркестру «Днiпро».
У кіно дебютував у 1951 році в невеликій ролі Бунтаря в історико-біографічному фільмі Ігоря Савченка «Тарас Шевченко». Однак у наступні десять років він практично не знімався.
Першою по-справжньому серйозною роботою актора стала роль солдата-союзника у драмі Олександра Алова і Володимира Наумова «Мир тому, хто входить» (1961). Коли на Міжнародному кінофестивалі у Венеції картина отримала «Золотого лева», американські критики були вражені: звідки у росіян такий блискучий ексцентричний американець у фільмі? Американцем був Гринько, чия роль стала прикрасою стрічки.
З 1963 року він стає актором Кіностудії ім. О. Довженка і починаючи з наступного року повністю присвячує себе кіно. Однак на рідній студії імені О. Довженка його знімали дуже мало (кінопоема «Тіні забутих предків», героїчна драма «Загибель ескадри», комедія «Стежки-доріжки» й деякі інші). Та й у цих фільмах йому не запропонували жодної головної ролі. Написаний ним сценарій по «Украденому щастю» Івана Франка шість років валявся в студійних кабінетах і був покладений «на полицю». Йому так і не вдалося зіграти Дон Кіхота...
Основні роботи актора були створені на «Мосфільмі». Його герої — партизани і селяни, начальники і підлеглі, росіяни й іноземці, науковці, ченці, вчителі, батьки й діди.
«Будучи за своєю природою людиною м’якою, сором’язливою, трохи замкнутою, Гринько здатний до найнесподіваніших метаморфоз. Якщо робота його захоплює, актор миттєво перевтілюється», — говорив про нього режисер Геннадій Полока. Гринька стали запрошувати зніматися в Болгарію, Чехословаччину, Німеччину, Норвегію. Траплялося, він за добу встигав знятись у трьох-чотирьох картинах.
Найнесподіванішою роботою Миколи Гринька стала роль Антона Павловича Чехова в стрічці Сергія Юткевича «Сюжет для невеликого оповідання». В основі фільму — історія створення п’єси «Чайка» й її трагічного провалу на сцені Александринського театру.
Окремо у творчості Миколи Гринька стоять ролі, зіграні ним у фільмах режисера Андрія Тарковського...
У знаменитого режисера Гринько зіграв у всіх радянських фільмах. Уперше він знявся у Тарковського ще в 1962 році — у фільмі «Іванове дитинство» в ролі Грязнова. Наступною роботою став легендарний «Андрій Рубльов» (1966), що зібрав велику кількість призів на різних міжнародних фестивалях і включений до списку 100 кращих фільмів в історії кіно.
У цій картині Гринько виконав одну з головних ролей — Данила Чорного. Потім були: фантастичний фільм за однойменним романом Станіслава Лема «Соляріс» (батько Кріса) й автобіографічна картина «Дзеркало».
Усі герої Гринька — люди нескінченно добрі й м’які, вони вражають глибиною і достовірністю, являють собою уособлення терплячого і благородного батьківства.
Невипадково Анатолій Солоніцин, який грав Рубльова, жартома прозвав старшого колегу «батько Гринько», а сам Тарковський визнавав, що Гринько — його улюблений актор.
Однією з найсильніших робіт Миколи Гринька в Андрія Тарковського стала роль Професора у фантастичній притчі «Сталкер». Його герой, котрий втілює у фільмі науку, і Письменник (Анатолій Солоніцин), що уособлює культуру, біжать зі здичавілого світу. Письменник — від спустошеності, творчого безсилля, безглуздого існування, Професор — у незнайомий простір, що становить для нього науковий інтерес. У Зоні починається довгий діалог, що прояснює причини безвір’я, витоки процесу, який призвів до кінця світу.
Входячи у Зону, герої опиняються заручниками гри — штучного експерименту. Умоглядність, схоластика суперечок з’їдає живе: на порозі таємничої кімнати герої зупиняються, не наважуючись увійти всередину. Вони бояться себе більше, ніж свого безвір’я. І хочуть продовжувати жити, як начебто й не було цієї болісної подорожі...
У 70-х роках відкрилася ще одна грань дарування актора — величезне почуття гумору, любов до імпровізації і відмінна, майже балетна пластика. Особливо це проявилось у дитячих картинах, де він чудово рухався і співав.
Кілька поколінь дітей знає і любить його як тата Карла з казки «Пригоди Буратіно». У веселій, пустотливій музичній комедії «Автомобіль, скрипка і собака Клякса» Гринько зіграв відразу дві ролі — музиканта з контрабасом і Почінкіна. А у фантастичному фільмі «Пригоди Електроніка» він постає в образі доброго, мудрого професора Громова.
Серед інших фільмів тих років: комедія «Афоня» (Єгор Лещев), пригодницький фільм «Зникла експедиція» (Смелков), військова драма «Двадцять днів без війни» (В’ячеслав), новела «Сто грамів для хоробрості» (Нікітін).
За майже 40 років у кіно видатний актор знявся в понад 100 фільмах, граючи в різнопланових ролях у картинах різних жанрів — у дитячих і комедійних стрічках, в історико-костюмних і психологічних драмах, у детективах і фантастичних творах.
Йому випало працювати у воістину великих режисерів — Андрія Тарковського, Сергія Параджанова, Олександра Алова і Володимира Наумова, Сергія Бондарчука, Олександра Зархі, Ролана Бикова, Олексія Германа, Дінари Асанової... Ролі, зіграні ним у стрічках цих майстрів, увійшли до золотого фонду світового кіно.