L’adjectif français grand vient du latin grandis. La forme de cet adjectif latin était identique aux genres masculin et féminin. En ancien français, il n’y avait pas non plus de différence entre les formes masculine et féminine du mot, qui s’écrivait grant, grand ou gran. On disait par exemple un ome grant et une feme grant. La graphie qui s’est finalement imposée est grand, avec un d final rappelant l’étymon latin. C’est au XVIe siècle que s’est généralisé l’ajout d’un e au féminin (grande), par analogie avec l’évolution des nombreux adjectifs français dérivés des adjectifs latins dont la forme féminine en -a différait de la forme masculine en -us. Cependant l’ancienne forme féminine grand a survécu dans certaines expressions figées ou lexicalisées, comme grand-mère. Ces expressions sont donc de formation ancienne et ne se sont conservées que dans un sens spécial qui ne se déduit pas simplement du sens de ses éléments : une grand-mère n’est pas une mère de grande taille. La présence du trait d’union renforce ce caractère spécial et lexicalisé. Certaines de ces expressions sont devenues rares ou confinées à telle région ou à tel vocabulaire spécialisé (marine, agriculture, etc.). Il n’y a pas de « règle » simple pour identifier ces cas. Il faut les apprendre un par un.

Excellente question ! Je n'avais pas remarqué.