Guillame prima di dedicarsi alla recitazione diventa campione equestre di salto ad ostacoli. Un brutto infortunio lo costringe ad abbandonare l'ippica per cui decide di provare la carriera di attore e si iscrive ad alcuni corsi di recitazione. Inizia a recitare in teatro e in televisione e nel 1996 viene scelto per un ruolo da protagonista nel film Tv "La colline aux enfants" di Jean-Louis Lorenzi, cui seguono altri ruoli da protagonista in numerosi telefilm. Dopo essere apparso in alcuni cortometraggi, nel 1997 debutta sul grande schermo in "Barracuda" di Philippe Haïm. Nel 1998 ottiene la nomination al César come miglior attore esordiente per la sua interpretazione in "La cliente" di Pierre Jolivet. L'anno successivo arriva il successo grazie al film di Danny Boyle "The beach", accanto a Leonardo Di Caprio e Virginie Ledoyen. Si è dedicato anche alla regia cinematografica realizzando alcuni cortometraggi - "Sans regret" (1997), "Je t'aim" (1998), "J'peux pas dormir" (1999), "Avalanche" (2000) - e alla regia teatrale con la commedia "Vernissage" di Vaclav Havel al Petit Théâtre Hébertot. Nel 2002 è protagonista accanto a Gerard Depardieu e Inès Sastre del thriller "Vidocq" diretto da Pitof. Nel 2003 è protagonista di "Amami Se Hai Coraggio" e ultimamente ha lavorato nelle pellicole "Joyeux Noel" (2005) di Christian Carion e "L'inferno" (2005) di Danis Tanovic.