Sigurd Grieg favnet bredt, fra feltarkeologi til studier innenfor jernalder og middelalder og museumsledelse. Han var en av landets flittigste og mest produktive arkeologer, som målbevisst gikk inn for studiet av jernalderens og middelalderens kulturforhold.
Grieg vokste opp i Bergen. Etter examen artium der 1913 studerte han historie i København 1913–15. Ved et besøk i Kristiania 1915 ble han imidlertid så inspirert av A. W. Brøggers forelesninger at han valgte arkeologi som studium og yrke. 1923 tok han magistergraden ved Universitetet i Oslo, og 1926 ble han dr.philos. samme sted på avhandlingen Hadelands eldste bosetningshistorie. Da hadde han i flere år vært ansatt ved Universitetets Oldsaksamling som assistent og konservator. 1924–46 var han underbestyrer der, dvs. administrativ leder for museumsforvaltningen i Oldsaksamlingens store distrikt.
Grieg forlot arkeologien og gikk over til kulturhistorisk arbeid, da han 1946 ble direktør for De Sandvigske Samlinger på Maihaugen i Lillehammer. Her ble han til han falt for aldersgrensen 1964.
I sin tid ved Oldsaksamlingen deltok Grieg meget aktivt i den arkeologiske undersøkelsesvirksomhet som Brøgger tok initiativet til. Etter hvert kom han selv til å stå som leder av større undersøkelser, bl.a. av Raknehaugen på Romerike – Nordens største haug, som viste seg å være oppbygd av flere lag tømmer, leire, myrjord og sand, men uten at det ble funnet noen egentlig grav.
Griegs forskning har stor bredde så vel tematisk som kronologisk. Den kan grovt grupperes til bosetningshistorie, våpenstudier, redskap og verktøy som vitnesbyrd om håndverkets fremvekst. I doktoravhandlingen er de to første temaene vevd sammen. Basis er gravfunnene, der studiet av våpenformer, funnkombinasjoner og begravelsesmåter kommer i første rekke; hvordan samfunnsstrukturen hadde vært, ble mindre vektlagt. Av særlig verdi er undersøkelsen av romertidens bevæpning, med datering av de ulike våpentyper og -grupper. Hans interesse for våpen er dokumentert allerede i et arbeid fra 1923, som behandler eneggede sverd fra merovingertiden, og i flere mindre arbeider. Han har også behandlet våpen i nordisk middelalder.
Bosetningsstudiene ble videreført gjennom undersøkelser på Lista, hvor Grieg startet 1931 med å undersøke flere hustufter og hauger fra eldre jernalder. Allerede 1934 var den første boken, Jernaldershus på Lista, ferdig, og 1938 kom et mer samlet utsyn over Listas jernalder.
Senere skulle interessen for middelalderens kulturhistorie bli dominerende. Middelalderske byfund fra Bergen og Oslo er først og fremst en arkeologisk dokumentasjon, men får større betydning ved at materialet behandles på kulturhistorisk bakgrunn. En stor del av byfunnene kaster lys over håndverkshistorien, og det store arbeidet om Det norske håndverks historie. Middelalderen kan sees som en naturlig fortsettelse og er et pionerarbeid av varig verdi.
Fra håndverkshistorien ble Griegs interesse ført videre til nyere industrihistorie, og han behandlet tekstilindustriens utvikling i flere arbeider. I bøker og artikler han publiserte etter at han hadde forlatt Oldsaksamlingen, hentet han hovedsakelig sine emner fra middelalderens kunst og kulturhistorie i den del av landet som utgjorde De Sandvigske Samlingers naturlige interesseområde.
Grieg så på administrative oppgaver som en utfordring. Saksmapper hadde ingen sjanse til å samle støv på hans skrivebord. Også som pensjonist var hans arbeidslyst og initiativ usvekket.
Sigurd Grieg var medlem av Det Norske Videnskaps-Akademi fra 1937. Han ble utnevnt til ridder av 1. klasse av St. Olavs Orden 1957. Hans vesen var preget av bergensk temperament, og som hans etterfølger ved De Sandvigske Samlinger, Fartein Valen-Senstad, uttrykte det, kunne han “sende en verbal kaktus når vreden var som hetest”. Ikke desto mindre ble han av alle han fikk kontakt med berømmet som en godviljens mann.