2007 yılında, An Miller ve Jef Neve'nin film müziğini içeren Dagen zonder lief'i yayınladı. 2008 yılında Dimitri Verhulst'un De helaasheid der dingen adlı kitabının film uyarlaması üzerinde çalışmaya başladı. Film, Mayıs ayında Cannes Film Festivali'nde Quinzaine des Réalisateurs'e seçildikten sonra Ekim 2009'da Belçika ve Hollanda'da gösterime girdi. Orada, De Helaasheid der dingen, dünya çapında 3,000 bağımsız sinema salonunu bir araya getiren organizasyonun bir ödülü olan Prix Art et Essai'ye layık görüldü. Van Groeningen aynı yıl Film Fest Gent'te Jo Röpcke ödülünü de kazandı.

9 Ekim 2012'de Felix van Groeningen memleketindeki film festivalinin açılışını The Broken Circle Breakdown ile yaptı. Johan Heldenbergh ve Veerle Baetens'in başrollerini paylaştığı bu taşra filmi Belçika'nın Oscar adayıydı ve en iyi yabancı film dalında aday gösterildi. 2014 yılında van Groeningen Sinema Sanatları ve Bilimleri Akademisi'ne katılmaya davet edildi.

2016'da beşinci uzun metrajlı filmi Belgica, Sundance Film Festivali'nde en iyi yönetmen ödülünü aldı. 2018'de van Groeningen, başrollerini Timothée Chalamet ve Steve Carell'in paylaştığı ilk İngilizce filmi Beautiful Boy'u tamamladı. Uyuşturucu bağımlısı Nick hakkındaki hikâye, baba David ve oğul Nick Sheff'in anılarına dayanıyor. Toronto Uluslararası Film Festivali'nde gösterime girmesinin ardından film Hollywood'da büyük övgü topladı ve van Groeningen'in uluslararası atılımı olarak görüldü. Hollywood Film Ödülleri onu ve Chalamet'yi sırasıyla En İyi Yönetmenlik ve En İyi Yardımcı Erkek Oyuncu dallarında ödüle layık gördü.

Felix, yazar Seppe van Groeningen'in küçük kardeşidir. Aktris Charlotte Vandermeersch ile bir ilişkisi vardır. Mayıs 2018'de birlikte Rufus adında bir oğulları oldu. 2022'de birlikte, her ikisinin de dağlara olan aşklarının ekrandan sıçradığı bir film yayınladılar.