Premier Prix du Swedish International Duo Competition avec le pianiste Nathanaël Gouin, et 3ème Grand Prix ainsi que Prix spécial des élèves des conservatoires de Paris au concours international Marguerite Long-Jacques Thibaud, Guillaume Chilemme figure parmi les violonistes les plus reconnus de sa génération.

En 2010, après avoir obtenu ses Masters de Violon et de Musique de chambre avec félicitations dans les classes de Boris Garlitsky et Pierre-Laurent Aimard au Conservatoire National Supérieur de Paris, il part se perfectionner auprès de Stéphane Picard et d'Eckart Runge (Quatuor Artemis) à Berlin, puis auprès de David Grimal à Saarbrücken.

Sélectionné par Seiji Ozawa de 2008 à 2013 pour participer à l'International Music Academy Switzerland, il bénéficie de l'enseignement de Nobuko Imaï, Pamela Frank, Sadao Harada, Robert Mann et Seiji Ozawa.

Passionné par le répertoire du quatuor à cordes, il fonde avec Marie Chilemme, Matthieu Handtschoewercker et Bruno Delepelaire, le Quatuor Cavatine avec lequel il remporte la même année deux prix au Concours International de Musique de Chambre de Hambourg (ICMC).

En août 2013, le quatuor remporte le deuxième Grand Prix au prestigieux Concours International de Quatuor à Cordes de Banff (Canada).

Guillaume Chilemme forme depuis de nombreuses années un duo avec son ami Nathanaël Gouin.

Leur discographie comporte notamment un album consacré aux sonates de Ravel et de Canal (Label Maguelone) et un enregistrement consacré à la musique de Schubert (Label Evidence). Par ailleurs, ils se produisent régulièrement en trio avec Yan Levionnois.

Guillaume est invité dans de nombreux festivals : Les Folles Journées de Nantes, Varsovie, Tokyo, Les Sommets Musicaux de Gstaad, Musique à L'Empéri, Les Schubertiades de Schwarzenberg, le Festival de Pâques à Aix-en-Provence, le Festival de l'Orangerie de Sceaux, le Julitafestival en Suède, le Festival des Serres d'Auteuil, La Roque d'Anthéron, le Festival des Arcs, le Festival de Pâques à Deauville...

Il s'y produit aux côtés de musiciens tels que Frank Braley, Andreas Ottensamer, Renaud Capuçon, Gauthier Capuçon, Raphaël Pidoux, Michel Portal, Lise Berthaud, Paul Meyer, Emmanuel Pahud, le Quatuor Voce, Alois Posch, Christian Ivaldi, Nicholas Angelich, Pierre Fouchenneret, Claire Désert, Adam Laloum, Victor Julien-Laferrière, Xavier Gagnepain, Florent Boffard, Emmanuelle Bertrand, Khatia Buniatishvili...

Depuis 2016 Guillaume Chilemme est le nouveau violon solo de l'Orchestre d'Auvergne.

Il est fréquemment invité en tant que Violon solo dans divers orchestres : l'Orchestre du Capitole de Toulouse, l'Orchestre de Radio France, le Malher Chamber Orchestra, l'Orchestre Symphonique de Barcelone, l'Orchestre Gulbenkian de Lisbonne,La Camerata de Salzbourg...

Il a fait partie durant du collectif d'artistes Les Dissonances de David Grimal durant de nombreuses années.

Guillaume Chilemme se produit régulièrement en tant que soliste. Il est notamment invité par l'Orchestre du Capitole de Toulouse sous la baguette de Tugan Sokhiev, l'Orchestre Besançon Franche-Comté, l'ensemble Les Dissonances, l’Orchestre d’Auvergne...

Depuis 2015, il prend part au « Adolph Busch Project » , quatuor créé par Renaud Capuçon avec Edgar Moreau et Adrien Lamarca. Les quatre musiciens se produisent dans les plus grandes salles d'Europe (Concertgebouw d'Amsterdam, Musikverein de Vienne, Wigmore Hall de Londres...

Il enseigne au sein de l’ International Menuhin Music Academy (Suisse).

Guillaume Chilemme est lauréat de la fondation Safran (2015).

Il joue un magnifique violon de Nicolas Lupot « Quatuor Château Pape Clément » de 1795, généreusement mis à disposition par Bernard Magrez.