Guillaume Gouix studierte Schauspiel am Marseiller Konservatorium und anschließend auf einer Schauspielschule in Cannes. Nachdem er bei mehreren Theateraufführungen mitwirkte, debütierte er 1998 in einer Folge der Fernsehserie "Marseille". Sein Leinwanddebüt gab er in Christophe Reicherts "Deuxième quinzaine de juillet" als Kevin an der Seite von Michèle Bernier und Zinedine Soualem. 2011 war er unter anderem in "Who Killed Marilyn?" und in Woody Allens "Midnight in Paris" zu sehen. Für seine Hauptrolle in Teddy Lussi-Modestes Drama "Jimmy Rivière" wurde er bei der Verleihung des französischen Filmpreises César 2011 als Bester Nachwuchsdarsteller nominiert.