Après trois années de cours d’art dramatique chez Dominique Viriot à Paris, Guillaume Sentou fait quelques apparitions à la télévision entre 2000 et 2003, comme dans La Crim’, mais c’est au théâtre qu’il s’investit le plus. On peut le voir successivement dans une pièce d’Ana Kazan, Traces, en 2001, puis dans le rôle de Puck, dans Songe d’une nuit d’été.

Avec son ami Cyril Garnier, avec qui il a joué quelques pièces, il décide de se lancer. dans l’écriture comique. A partir de 2005, le duo parcourt théâtres et cafés de la capitale avec son spectacle, Garnier et Sentou, un mélange d’absurde et de surréalisme. La justesse de leur jeu les fait remarquer par la compagnie Juste pour rire, qui les sélectionne en avril 2006. La même année, les compères font leur apparition sur Direct 8. Quelque temps plus tard, Philippe Bouvard les accueille avec ses « grosses têtes » sur RTL.

Parallèlement, Guillaume Sentou joue dans une pièce pour enfants de Caroline Raux, Le Chaudron de Lady Craspouille. En janvier 2007, il retrouve son compère et le duo comique reprend du service au Moloko.

En 2017, son interprétation d’Edmond dans la pièce éponyme d’Alexis Michalik lui vaut le Molière de la révélation masculine.