Guillaume de Quengo de Tonquédec est né le 18 octobre 1966 à Paris. Timide, il rêve dans son coin de théâtre dès l'âge de 10 ans. C'est grâce à une professeure de français au collège, qui lui fait interpréter des personnages devant ses camarades de classe, qu'il a une révélation. Après le conservatoire de Versailles, le Cours Florent en auditeur libre, il s'inscrit au Conservatoire national supérieur d'art dramatique.
Il a 20 ans lorsqu'il décroche un premier rôle dans le film de Francis Huster, On a volé Charlie Spencer. Le jeune acteur apparaît au générique de nombreux films; Frantic de Roman Polanski (1988), Deux de Claude Zidi (1989), Romuald et Juliette de Coline Serreau (1989), ou Meilleur espoir féminin de Gérard Jugnot (2000), mais reste cantonné aux petits rôles. Sur les planches, il joue les personnages de Shakespeare, Molière, Goldoni, Ibsen… Il continue d'enchaîner les seconds rôles au cinéma, Tais-toi (2003), Le Cactus (2005), La Maison (2007), et apparaît dans des séries télévisées (Chère Marianne, Commissaire Cordier). Puis en 2007, arrive le rôle qui va changer sa vie, celui de Renaud Lepic dans la série Fais pas çi, fais pas ça. Aux côtés de Bruno Salomone, Valérie Bonneton et Isabelle Gélinas, le comédien bénéficie de la très grande popularité de la série (4,9 millions de téléspectateurs pour la saison 6 en 2013). Les propositions de scénarios affluent (Parlez-moi de la pluie, Les meilleurs amis du monde, Qui a envie d'être aimé ?) mais c'est grâce au théâtre que la consécration arrive. Bernard Murat, croisé en 2006 alors qu'il joue dans Le jardin, pense à lui pour le personnage de Claude dans la pièce qu'il met en scène, Le Prénom (2010). Après 250 représentations, la pièce est adaptée sur grand écran. Guillaume de Tonquédec reçoit le César du meilleur acteur dans un second rôle en 2013. Après les comédies Au bonheur des Ogres de Nicolas Bary et Barbecue de d'Eric Lavaine, il est la tête d'affiche de SMS de Gabriel Julien-Laferrière en 2014.
Très discret sur sa vie privée, Guillaume de Tonquédec est marié à Christèle, architecte d'intérieur. Il est père de trois enfants; Amaury, Timothé et Victoire. Fidèle à ses origines bretonnes, il rejoint sa maison de vacances près de Perros-Guirrec entre deux tournages.