Гийом Кане родился 10 апреля 1973 года в городе Билон-Бьянкур. Его родители были коневодами, и с детства Гийом мечтал стать жокеем. В 10 лет он даже начал выступать в цирке, но неудачное падение с лошади помешало ему продолжить карьеру в большом спорте.

Решение стать актером пришло к Гийому неожиданно. Актерское обучение ограничилось курсами драматического искусства Флорана, после которых он сразу же начал играть в театре. Благодаря роли в спектакле «Город, в котором правит ребенок» по пьесе Анри де Монтерлана Гийом получил свою первую роль в кино. В 1995 году миловидного актера заметили кинематографисты и предложили роль в короткометражке «Единственный сын» (Fils unique). После работы в нескольких сериалах и телефильмах Гийому крупно повезло: в 1997 году он попал на съемочную площадку фильма «Барракуда» вместе с легендарным Жаном Рошфором.

Такой удачный старт в большом кино сделал Гийома Кане новым любимчиком французского зрителя. В 1999 году он был номинирован на премию «Сезар» как самый многообещающий актер за роль в фильме «В самом сердце» (En plein coeur). Успех налицо, но одной Франции молодому амбициозному актеру было мало. В 2000 году английский режиссер Денни Бойл пригласил Гийома в свой проект «Пляж» (The Beach), где компанию актеру составили Леонардо Ди Каприо и Виржини Ледуайен. Благодаря работе в этом фильме Кане стал известен всему миру.

В 1999 году Гийом познакомился с немецкой моделью и актрисой Дианой Крюгер, известной по фильмам «Троя» и «Сокровище нации». Осенью 2001 года актеры поженились. Их союз принес и творческие плоды: вместе они снимались в картинах «Как скажешь» (Mon idole), «Нарко» (Narco) и «Счастливого Рождества» (Joyeux Noël). В 2006 году пара распалась.

Еще в самом начале своей актерской карьеры Гийом увлекся режиссурой. Начал он с того, что снял несколько рекламных роликов для газеты «Le Parisien» и телесети «Cine Cinema». С этого момента режиссерская работа Гийома набирает обороты. В 1996 году он снял короткометражную ленту «Без сожалений» (Sans regrets), а в 1998 и 2000 годах выступил в качестве режиссера и автора сценария картин «Люблю тебя» (Je taim) и «Я не могу уснуть…» (J'peux pas dormir...), также снятых на короткий метр.

В 2002 году на экраны вышел полнометражный фильм о жестокостях шоу-бизнеса «Как скажешь» (Mon idole). Автор сценария, режиссер, продюсер и исполнитель одной из главных ролей – Гийом Кане. За эту работу Кане был номинирован на премию «Сезар» в категории «Лучший дебют». Дальше – лучше. В 2007 году психологический триллер Гийома «Не говори никому» (Ne le dis à personne), снятый по мотивам бестселлера Филиппа Лефевра, был удостоен «Сезара» как лучший фильм, а также был представлен в номинации «Лучший адаптированный сценарий». Несмотря на явное стремление Гийома засесть поглубже в режиссерское кресло, он продолжает радовать зрителей своим актерским талантом, регулярно появляясь в новых кинопроектах.