Hun debuterede på det norske landshold som 20-årig den 29. november 2000 mod Polen. Som kaptajn for Norges kvindelandshold i håndbold førte hun holdet til to på hinanden følgende sejre i kvindernes europæiske håndboldmesterskab i 2004 og 2006, hvor hun blev valgt som turneringens mest værdifulde spiller begge gange. Da hun stoppede på landsholdet i 2010, havde hun spillet 167 kampe for Norges landshold og scoret 631 mål.
Hammerseng spillede i Gjøvik og Vardal HK, fra hun startede med at spille håndhold som 10-årig, indtil hun i sommeren 2003 skrev kontrakt for den danske håndboldklub Ikast-Bording. I sit første år for klubben fik var hun med til at sikre en 3. plads i ligaen og at blive vicepokalmestre. Derudover vandt Ikast-Bording i det samme år EHFsCup Winners' Cup. I 2005 blev hun valgt som den bedste playmaker i den danske liga. Hun spillede syv sæsoner i Ikast, indtil hun i 2010 skiftede til Larvik.
Gro Hammerseng har en bror, Lars Hammerseng, som spiller ishockey for Lillehammer Ishockeyklub.
Meritter
Landshold resultater
1997 – Sølv i Junior-EM
1998 – 9. plads i U-EM
1999 – 7. plads i U-VM
2000 – 6. plads i EM 2000.
2001 – Sølv i VM 2001.
2002 – Sølv i EM 2002.
2003 – 6. plads i VM 2003.
2004 – Guld i EM 2004. All-Star Team: Bedste Playmaker, Kåret til EMs Bedste Spiller (MVP).
2006 – Guld i EM 2006. All-Star Team: Bedste Playmaker, Kåret til EMs Bedste Spiller (MVP).
2007 – Sølv i VM 2007. All-Star Team: Bedste Venstre Back.
2008 – Guld i OL 2008.
2010 – Guld i EM 2010. All-Star Team: Bedste Playmaker.
