Né à Châalis (Oise) où son père, Louis Gillet, écrivain et historien d'art, y était conservateur du musée Jacquemart-André, installé dans les bâtiments de l'ancienne abbaye du XVIII^e siècle.
Élevé dans un climat familial chaleureux et de haute culture : son grand-père maternel René Doumic était secrétaire perpétuel de l'Académie Française et son père, membre de cette même Académie. Guillaume Gillet en gardera toute sa vie l'empreinte exceptionnelle.
Il fit ses études secondaires à Paris, au collège Massillon, puis au Lycée Henri IV. Après son baccalauréat ès lettres, il entra, en 1929, à l'École Nationale Supérieure des Beaux-Arts, section architecture, où il fut successivement élève des maîtres Defrasse, Madeline, Pontremoli et Auguste Perret. Parallèlement à ses études d'architecte, il continua à cultiver ses dons pour la peinture, à la faveur de ses voyages d'étudiant, en Espagne et en Turquie (1933) avec son camarade Nercès Bartau, et en Grèce (1935), suivant la route des pèlerinages, avec son ami René Coulon.

• 1937 - 1948
  Diplômé en architecture, il participa aux travaux des Pavillons du Brésil et de l'Uruguay pour l'Exposition Internationale à Paris.
  Mobilisé en 1939, avec le grade de Lieutenant, il est fait prisonnier à Nancy en 1940 et conduit en captivité à l'Oflag VI A, à Soest (Westphalie). Durant cinq ans, de 1940 à 1945, il déploie une intense activité de peintre et décorateur. Dès 1941, avec René Coulon, il peint les fresques du modeste grenier qui deviendra la Chapelle Française. Les ciels de Westphalie, l'environnement plutôt sévère du camp, les activités quotidiennes des prisonniers, les cérémonies religieuses, et, par-dessus tout, les décors et costumes du Théâtre libre animé, entre autres, par ses amis Jacques Robichez, Louis Morel-Fatio et Michel Kieffer ne cessent de l'inspirer et ne lui laissent aucun répit. Libéré en 1945, il expose à plusieurs reprises ses peintures dans des galeries parisiennes renommées : Charpentier, Le Garrec, Katia Granoff.
  Cependant, après une rencontre décisive avec l'un de ses maîtres en architecture, Emmanuel Pontremoli, il décide de se présenter au concours du Prix de Rome et obtient le Premier Grand Prix d'Architecture, en 1946. Durant ses trois années de pensionnaire à la Villa Médicis, siège de l'Académie de France à Rome, il noue de solides amitiés avec ses camarades musicien, peintre et sculpteur : Pierre-Petit, Pierre Guyenot et Gaston Watkin. Suivant le règlement établi, il compose des projets d'architectures, les traditionnels « Envois de Rome » et parmi ceux-ci des études remarquables du site de l'antique Préneste, ou Palestrina.
• 1949 -  1955
  De retour à Paris, il aborde le monde du théâtre et de la danse et réalise les décors d'un ballet, donné au théâtre de l'Empire, Romanza Romana, dont Pierre Petit avait écrit la musique. Introduit dans le cercle artistique de la Comtesse Marie-Blanche de Polignac, fille de la célèbre créatrice de mode Jeanne Lanvin, il illustre un album de publicité des parfums Lanvin, préfacé par l'écrivain Colette et accompagné des poèmes et calligrammes de la poétesse Louise de Vilmorin.
  1950 - La Reconstruction bat son plein et Guillaume Gillet se voit confier l'étude de la reconstruction du centre de Sisteron (Alpes de Haute-Provence). 1954 - Max Brusset, Maire de Royan (Charente-Maritime), ville presque entièrement détruite par un dernier et inutile bombardement en 1945 lui demande un projet de reconstruction de l'Église Notre-Dame. Conçu dans l'enthousiasme, en collaboration avec le célèbre ingénieur Bernard Lafaille, puis avec l'ingénieur René Sarger, le projet est accepté aussitôt par la municipalité et les travaux peuvent commencer sans tarder. La première pierre est posée le 17 juillet 1955 et la nouvelle église Notre-Dame-de-Royan est bénie et inaugurée le 10 juillet 1958. On peut sans doute la considérer comme le chef d'œuvre de l'architecte.
• D'autres églises lui seront commandées telles l'église Saint-Crépin-Saint-Crépinien de Soissons, la chapelle de la Solitude à Vieux-Condé (Nord), l'église Saint-Joseph-des-Travailleurs à Avignon, la chapelle du Sacré-Cœur de l'École Sophie Barat, à Châtenay-Malabry. Autour de lui s'est rassemblée peu à peu une équipe de jeunes architectes et dessinateurs, équipe ardente qu'il anime et qui le soutient magnifiquement sous la conduite de ses chefs d'agence Bernard Cayla et Guy Tetard : « sans eux - répète-t-il souvent - rien n'aurait pu se faire ».
• 1956-1962
  Pierre De Gaulle, Commissaire Général pour la France à l'Exposition Universelle de Bruxelles lui confie la réalisation du Pavillon de la France et du Pavillon de Paris. Avec l'ingénieur René Sarger, il met au point, en un temps record, deux bâtiments de formes aussi audacieuses qu'inédites et qui, avec leurs structures d'acier et leurs couvertures en polyester translucide, à la fois robustes et dynamiques, suscitent l'admiration générale. 1957 - Château d'eau de la Guérinière à Caen. En forme de cône renversé pour le réservoir de 3 000 m3 d'eau planté sur la plate-forme ellipsoïdale qui recouvre le marché et les bâtiments administratifs, cet ensemble inaugure une série de réservoirs du même type, aux formes épurées qui serviront de modèles à une nouvelle « génération » de châteaux d'eau. On les retrouve aux environs de Royan et de Nîmes. 1962 - Le Ministère de la Justice décide de construire 48 nouvelles maisons d'arrêt. Dans le cadre de cette rénovation d'équipement immobilier pénitentiaire, et en collaboration avec son confrère Claude Charpentier ainsi qu'avec le magistrat Jean Malbec, Guillaume Gillet deviendra responsable de la construction de dix nouvelles prisons dont Fleury-Mérogis, au sud de Paris. ainsi que des prisons de Valenciennes, Grenoble, Nantes, Albi...

Parmi ses œuvres les plus marquantes, il faut retenir :

• 1966-1974 - Le Palais des Congrès et l'Hôtel Concorde-Lafayette, Porte Maillot à Paris (en collaboration).
• 1956-1971 - De grands ensembles immobiliers : à Roubaix, quartier Édouard Anselle, Cité du Pont du Tilleul ; à Marseille, Domaine du Roi d'Espagne, Rond-Point du Prado ; à Versailles, Domaine de la Faisanderie, etc.
• 1971-1972 - La réalisation de l'École de la Magistrature de Bordeaux.
• 1977 - Le Palais du Nouveau Siècle à Lille, ensemble immobilier comprenant une salle de concert, des logements, des commerces et des parkings.

A cette liste forcément incomplète, il faut ajouter les nombreuses missions officielles : Mission d'architecte en chef des bâtiments français à Rome (Palais Farnèse, Villa Médicis, Villa Bonaparte...), mission d'architecte-conseil de la ville de Paris (8e arrondissement), de la ville de Cannes, de la Principauté de Monaco, de la ville d'Antibes. Chef d'Atelier à l'École Nationale Supérieure des Beaux-Arts de Paris de 1953 à 1971 ; Élu à l'Académie des Beaux-Arts en 1968 ; Président de l'Académie d'Architecture de 1970 à 1973. Ses discours de réception de nouveaux membres à l'Académie des Beaux-Arts tels que lannis Xenakis, Roger Taillibert et d'associés étrangers tels que Kenzo Tange, Ieoh Ming Pei, ont fait date aussi bien que ses nombreux articles de presse, ses chroniques du Figaro ou de la Revue des Deux Mondes. Enfin, ayant retrouvé les joies de la peinture, il expose, en 1982, ses paysages et natures mortes dans la galerie de sa fidèle amie Katia Granoff.
Décédé en 1987, il sera plus tard inhumé - selon son vœu - en l'Église Notre-Dame-de-Royan au cours d'une émouvante cérémonie, en 1996.
On pourrait à coup sûr, lui appliquer ses propres mots évoquant la vie de l'architecte Paul Herbé qu'il admirait profondément : "...une vie donnée sans compter aux autres, avec un détachement qui avait l'élégance de paraître toujours disponible, et qui était en même temps la vie inquiète, difficile, d'un grand travailleur et d'un grand créateur."

Publications aux Éditions Bonne Anse

• Notre-Dame de Royan

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Les photos de la construction de Notre-Dame par Jean-Pierre Dumont
Guillaume Gillet peintre