Comenzó una relación en 1999 con la modelo y actriz alemana Diane Kruger. Se casaron el 1 de septiembre de 2001, para divorciarse cinco años más tarde, en 2006. Desde 2007 está casado con la actriz francesa Marion Cotillard. Tienen dos hijos.

Es conocido internacionalmente por su papel como Étienne en La playa (2000)

• 1995: Fils unique, dirigida por Philippe Landoulsi (corto).
• 1997: Barracuda, dirigida por Philippe Haïm, Premio de interpretación del Festival de Saint-Jean-de-Luz.
• 1998: Sentimental Education, dirigida por C. S. Leigh.
• 1998: Ceux qui m'aiment prendront le train, dirigida por Patrice Chéreau.
• 1998: En plein cœur, dirigida por Pierre Jolivet, adaptación de la novela de Georges Simenon, En cas de malheur.
• 1999: Trait d'union, dirigida por Bruno García (corto).
• 1999: Je règle mon pas sur le pas de mon père, dirigida por Rémi Waterhouse.
• 2000: J'peux pas dormir..., dirigida por Guillaume Canet (corto).
• 2000: The Beach (La playa), dirigida por Danny Boyle.
• 2000: La Fidélité, dirigida por Andrzej Żuławski.
• 2000: The Day the Ponies Come Back, dirigida por Jerry Schatzberg.
• 2001: Les Morsures de l'aube, dirigida por Antoine de Caunes.
• 2001: Vidocq, dirigida por Pitof.
• 2002: Le Frère du guerrier, dirigida por Pierre Jolivet.
• 2002: Mille millièmes, dirigida por Rémi Waterhouse.
• 2002: Mon idole, dirigida por Guillaume Canet.
• 2003: Jeux d'enfants (Quiéreme si te atreves), dirigida por Yann Samuell.
• 2003: Les Clefs de bagnole, dirigida por Laurent Baffie (solo hace un cameo como sí mismo).
• 2004: Narco, dirigida por Tristan Aurouet y Gilles Lellouche.
• 2005: Joyeux Noël, dirigida por Christian Carion.
• 2005: Hell (El Infierno), dirigida por Danis Tanovic.
• 2005: Un ticket pour l'espace, dirigida por Éric Lartigau.
• 2006: Ne le dis à personne (No se lo digas a nadie), dirigida por Guillaume Canet.
• 2006: Cars (Voz francesa de Rayo McQueen).
• 2007: Ensemble, c'est tout (Juntos, nada más) dirigida por Claude Berri.
• 2007: Darling, dirigida por Christine Carrière.
• 2007: La Clef, dirigida por Guillaume Nicloux.
• 2008: Les Liens du sang, dirigida por Jacques Maillot.
• 2009: The Last Flight, dirigida por Karim Drid.
• 2009: Espion(s), dirigida por Nicolas Saada.
• 2011: Une vie meilleure, dirigida por Cédric Khan.
• 2011: La guerre des boutons (La guerra de los botones), dirigida por Christophe Barratier.
• 2011: Last Night, dirigida por Massy Tadjedin
• 2012 : The Players.
• 2013 : Jappeloup.
• 2013 : Turning Tide.
• 2014 : In the Name of My Daughter.
• 2014 : Next Time I'll Aim for the Heart.
• 2015 : The Program.
• 2015 : Minions.
• 2016 : Arctic Heart.
• 2016 : Cézanne and I.
• 2016 : El asedio de Jadotville.
• 2017 : Rock'n Roll (Cosas de la edad).
• 2017 : Perdido.
• 2018 : El gran baño.
• 2018 : L'amour est une fête.
• 2018 : Dobles vidas.
• 2019 : La belle époque.
• 2019 : Au nom de la terre.
• 2021 : Lui.
• 2023 : Jugando con fuego.
• 2023 : Fuera de temporada.
• 2023 : Astérix y Obélix y el reino medio.
• 2023 : Lluvia ácida.

• 1996: Sans regrets (corto)
• 1998: Je taim (corto)
• 2000: Scénarios sur la drogue (corto)
• 2000: J'peux pas dormir (corto)
• 2002: Mon idole
• 2006: Ne le dis à personne (No se lo digas a nadie).
• 2010: Les petits mouchoirs
• 2013: Blood Ties
• 2017: Rock'n'Roll (Cosas de la edad)
• 2019: Nous finirons ensemble (Pequeñas mentiras para estar juntos)
• 2021: Lui
• 2023: Astérix y Obélix y el reino medio.

Ha ganado el Premio César como mejor director en 2007 por la película Ne le dis à personne (No se lo digas a nadie), basada en la novela de Harlan Coben.

•   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Guillaume Canet.
• Guillaume Canet en Internet Movie Database (en inglés).
• Sitio oficial.