Attore, regista, produttore e sceneggiatore, Guillaume Canet si è distinto in ruoli leggeri come in quelli drammatici, portando in ognuno di essi lo stesso entusiasmo. È scelto spesso, e certo non a caso, per incarnare personaggi inquieti e tormentati, come l'Etienne Boisset di Vidocq, o come Vincent e Pierre, rispettivamente di Espion(s) e de L'affaire Farewell, entrambi spie per caso, o ancora come Alex Mann, lo scrittore in crisi di Last Night, confermando anche in generi diversi la sua abilità interpretativa.

Gli esordi
Guillaume non nasce attore. La principale passione della sua adolescenza è l'equitazione. Si specializza infatti nel salto degli ostacoli, dando inizio ad una promettente carriera sportiva. Ma appena diciottenne, una brutta caduta da cavallo lo costringe ad abbandonare questa prima esperienza e ad abbracciare un sogno non meno ambizioso: la recitazione. S'iscrive al Course Florent, dove studia arte drammatica e s'avvicina al teatro. Comincia ad apparire in alcuni spot e serie televisive, prima di approdare al cinema, nel 1995, nel cortometraggio Les Fils unique, diretto da Philippe Landoulsi.

Partecipazioni successive
Il 1998 è l'anno de La cliente di Pierre Jolivet, con cui si aggiudica una menzione al César. Due anni dopo si ritrova nel cast di The beach di Danny Boyle. È la storia di Richard (Di Caprio), un giovane turista avventuriero in cerca di un'isola popolata da una comunità sopra le righe. Raggiungerà la meta insieme ad una coppia di francesi, Francois ed Etienne, quest'ultimo interpretato da Canet. Nello stesso anno recita anche in La fidélité di Andrzej Zulawski, ispirato a "La principessa di Clèves" di Madame de la Fayette, in cui interpreta il ruolo di Némo, un giovane ed enigmatico fotoreporter che farà innamorare di sé Clélia, già moglie dell'editore Clève. L'anno successivo si fa dirigere da Rémi Waterhouse in Riunione di condominio, ma è soprattutto da ricordare la sua partecipazione in Vidocq - La maschera senza volto, per la regia di Pitof, dedicato alla figura avvolta nel mito dell'omonimo criminale-poliziotto, qui interpretato da Gerard Depardieu, che deve vedersela con l'astuto e spietato Alchimista, il quale si nutre del sangue di vergini per conquistare l'immortalità. Canet impersona il giornalista Etienne Boisset che, perscrutando i meandri della raccapricciante Parigi di inizio Ottocento, tenterà di far luce sulla verità.

Dietro la macchina da presa
Nel 2002 l'ambizioso Canet decide di provarsi nel mestiere di regista cinematografico, dopo aver già maturato alcune esperienze nel settore della pubblicità. Dirige così la commedia satirica Mon idole, che prende di mira il controverso mondo della televisione, senza abbandonare la passione per la recitazione. Interpreta infatti il ruolo del protagonista, Bastien, un giovane segretario di produzione che tenta di fare il salto di qualità accettando di lavorare al progetto di un nuovo programma televisivo. Ma dietro l'apparente traguardo meritocratico si nasconde una trappola mediatica. Il prodotto è ambizioso, soprattutto dal punto di vista intenzionale, ma risente molto dei trascorsi di Canet nel mondo pubblicitario, che tendono a comprometterne la resa. Nel frattempo la sua vita conosce una decisiva svolta sentimentale: sposa l'attrice tedesca Diane Kruger, presente proprio nel cast della sua prima fatica registica.

Tra dramma e melodramma
L'anno successivo lo troviamo sul set di Amami se hai coraggio dell'esordiente Yann Samuell, pellicola onirica in cui recita accanto all'affascinante e strepitosa Marion Cotillard che, dopo la rottura con la Kruger, diventerà la nuova compagna di Canet. Il 2005 è l'anno di Joyeux Noel - Una verità dimenticata dalla storia, scritto e diretto da Christian Carion, incentrato sullo sfondo di un momento storico del primo conflitto mondiale, la Tregua di Natale del 1914. Qui Guillaume recita di nuovo con la moglie Diane Kruger. Del 2006 è invece L'enfer di Danis Tanovic, il regista di No man's land. Ma dello stesso anno è anche un'altra regia di Canet, Ne le dis à personne, un'ambiziosa miscela di thriller e storia d'amore, che si guadagna ben 4 premi César 2007, oltre ad un'entusiastica accoglienza da parte del pubblico. Nel 2009 lo troviamo nel cast di Espion(s) di Nicolas Saada, in cui veste i panni di Vincent, un ladro costretto a collaborare per i servizi segreti pur di evitare il carcere. Poi si fa nuovamente dirigere da Carion ne L'affaire Farewell: ancora un thriller, di taglio realistico e scrupolosamente storico, in cui Canet interpreta un ruolo per certi versi analogo al Vincent di Espion(s): infatti Pierre Froment (questo è il nome del suo personaggio) è un ingegnere coinvolto suo malgrado negli intrighi dello spionaggio. Nel 2010 è sul set di Last Night diretto da Massy Tadjedin, una storia di disillusioni e di reciproche inquietudini, in cui interpreta Alex Mann, uno scrittore che vive con la donna sbagliata e che, rincontrando un amore del passato, Joanna Reed (un'incantevole Keira Knightley) potrebbe, nell'arco dell' "ultima notte" enunciata nel titolo, ridiscutere e ridisegnare la sua vita.
Torna dietro alla macchina da presa con il giallo Non dirlo a nessuno (2006) e nel 2012 con Piccole bugie tra amici, dove dirige la compagna Marion Cotillard, insieme a François Cluzet, Benoît Magimel e Gilles Lellouche.
Nel 2017 dirige una commedia autoironica, Rock'n Roll, e in seguito partecipa al film di Christian Carion Mio figlio e alle commedie 7 uomini a mollo e Il gioco delle coppie (2018).
Nel 2019 scrive e dirige Grandi bugie tra amici e nel 2023 Asterix & Obelix - Il Regno di mezzo, dove recita anche nei panni di Astérix.