Après des études littéraires au lycée Victor-Duruy à Paris et formé dans un premier temps au Studio-théâtre d’Asnières-sur-Seine par Jean-Louis Martin-Barbaz et Hervé van der Meulen, Guillaume Marquet entre, en 2001, au Conservatoire National Supérieur d’Art Dramatique de Paris (Professeurs d’interprétation : Philippe Adrien, Joël Jouanneau et Daniel Mesguich).

Sorti en 2004, il partage dès lors son temps entre le théâtre, la musique, la télévision, le cinéma et la radio. Au théâtre, il se produit régulièrement sur les scènes aussi bien publiques que privées.
Fidèle de Philippe Adrien, il joue sous sa direction notamment dans « Yvonne, princesse de Bourgogne » (2004-2005), « Ivanov » (2010) et « Le Dindon » (2010-2013).

C’est grâce à ce dernier spectacle qu’il reçoit en 2011 le Molière du "Jeune Talent" (Molière de la révélation théâtrale masculine) pour son interprétation dans le rôle de Rédillon.
On a pu également le voir sous la direction d’Agathe Alexis, Robert Cantarella, Philippe Minyana, Alain Gautré, Yann Dacosta, Olivier Augrond, Julie Timmerman ou Nathalie Sandoz.
Dans la sphère privée, Guillaume Marquet a joué sous la direction d’Hélène Vincent dans « Van Gogh à Londres » au Théâtre de l’Atelier (2007), de Nicolas Briançon dans « Divina » au Théâtre des Variétés (2013-2014). Il s’est produit également au Théâtre de la Porte Saint-Martin quand « Le Dindon » fut repris pendant trois mois en 2013.

Musicien et mélomane, Guillaume Marquet affectionne particulièrement le travail musical et la compagnie des orchestres, notamment l’Orchestre National d’Ile de France avec lequel il entretient une relation fidèle.
Comédien et chanteur dans l’opéra de Thierry Pécoux « Les sacrifiées » (2008), narrateur dans « Pierre et le Loup » à l’Opéra de Reims (2011), comédien et danseur dans « Zazie dans le métro » au Théâtre du Châtelet (2012), il retrouve la musique lors de la saison 2015-2016 avec « Emile » conte musical pour enfants joué à la Cité de la Musique puis à la Philharmonie de Paris.
Du côté de l’image et plus précisément du cinéma, Guillaume Marquet joue sous la direction de Pierre Godeau, Jacques Maillot, Karim Dridi et enfin Alain Corneau dans son dernier film « Crime d’amour » ce qui lui vaut d’être pré-nominé aux César 2011 dans la catégorie « Meilleur espoir masculin ».
À la télévision, il est au générique de plusieurs séries comme « Les revenants » de Fabrice Gobert sur Canal + (Emmy Awards 2013 de la Meilleure Série Dramatique), « Trois fois Manon » de Jean-Xavier de Lestrade sur Arte (Fipa d’Or de la Fiction 2014) ou bien encore « Malaterra » de Jean-Xavier de Lestrade et Laurent Herbiet sur France 2 ou « Deux flics sur les docks » d’Edwin Baily toujours sur France 2.

Il interprète également des rôles dans de nombreux unitaires sous la direction d’Alain Tasma, Pierre Aknine, Gérard Jourd’hui, Olivier Schatzky, Christophe Blanc, Christian Faure, Laurent Perreau, Claire Devers, Claire de la Rochefoucauld, Camille Bordes-Resnais…