Guillaume Jean Joseph Marie de Nassau-Weilburg y Borbón-Parma es el hijo primogénito de Enrique (1955) y María Teresa (1956) de Luxemburgo, Grandes Duques de Luxemburgo. Como tal, es heredero al trono y recibe el título de Gran Duque Heredero de Luxemburgo. Nació el 11 de noviembre de 1981 en Luxemburgo. Sus padres se casaron el 14 de febrero de 1981 en la Catedral de Santa María, y tienen otros cuatro hijos: el Príncipe Félix, nacido el 3 de junio de 1984; el Príncipe Luis, nacido el 3 de agosto de 1986; la Princesa Alejandra, nacida el 16 de febrero de 1991; y el Príncipe Sebastián, nacido el 16 de abril de 1992.
Se convirtió en Príncipe Heredero con la abdicación de su abuelo, Juan de Luxemburgo, que se produjo el 7 de octubre de 2000, momento en el que su padre accedió al trono. Sin embargo, él fue declarado heredero oficialmente el 18 de diciembre de ese mismo año. Aunque el Príncipe Guillermo ha estudiado en Luxemburgo, también completó su formación en Francia y Suiza. Así, ha estudiado en la Escuela Lorentzweiler y obtuvo bachillerato en el Collège Alpin Beausoleil. Durante 2001 y 2002 recibió formación militar en la Academia Militar Sandhurst, en Gran Bretaña, al igual que su padre.
Además de ser Mayor Oficial de la Armada de Luxemburgo, el Príncipe Guillermo comenzó a estudiar Política Internacional en Inglaterra y Francia. Obtuvo su título de Licenciado en Ciencias Políticas en la Universidad de Angers. Actualmente trabaja en Luxembourg for Business, un organismo para la promoción del país en el exterior. También es miembro del Consejo de Estado, preside el consejo de administración de la Fundación Kräizbierg, a favor de las personas discapacitadas, y es presidente de honor del Consejo de Desarrollo Económico.
En cuanto a su vida personal, de la que no se conocen muchos detalles, el Príncipe Guillermo de Luxemburgo estuvo saliendo con Pía Haraldsen, sobrina de la Reina Sonia de Noruega. Sin embargo, el noviazgo no llegó a buen puerto, y en 2012 el Primer Ministro de Luxemburgo anunció que Guillermo de Luxemburgo se había comprometido con la Condesa Estefanía de Lannoy (18 de febrero de 1984), de origen belga. Estefanía es la octava y última hija del Conde Felipe de Lannoy y de Alix della Faille de Leverghem.
La pareja contrajo matrimonio civil el 19 de octubre de 2012 en el Ayuntamiento de Luxemburgo, y un día después matrimonio religioso, el 20 de octubre de 2012 en la Catedral de Santa María en Luxemburgo. Residen en Colmar-Berg, residencia oficial de los Grandes Duques, y por el momento no tienen descendencia. El Gran Duque Heredero Guillermo es padrino de su hermano pequeño, Sebastián de Luxemburgo, y también de Manuel de Bélgica, la Princesa Ariadne de Holanda, Pablo de Luxemburgo y Noé de Luxemburgo.
En cuanto a sus variadas aficiones, Guillermo de Luxemburgo es un gran interesado de la política, la economía y la filosofía. También se conoce su gran pasión por la música, y sabe tocar el piano y la guitarra. Además, de pequeño formó parte del coro Pueri Cantores, y cuando estudiaba en Suiza también formó parte de una banda de rock. Como amante de los deportes, el Príncipe Guillermo practica también natación, tenis y esquí. Además de luxemburgués, el Príncipe Heredero habla francés, inglés, alemán y español.
