Né en 1982 à Bogotá en Colombie, Gilles Guillain est attiré dès son plus jeune âge par le milieu artistique. Enfant, il pratique les Arts du Cirque pendant quatre ans avant de découvrir le Théâtre en 1996 ; il est alors formé par Casimir Skorupski, Laurence Cortadellas et Jérôme Leguillier.
Dans le cadre de ses études universitaires à Paris X, il travaille avec Jean Boillot et Christophe Gauzeran. En parallèle, il s'initie à la danse contemporaine avec Mary Ganne. Il entre alors dans le groupe chorégraphique de Paris X Nanterre et danse pour Christian Bourigault en 2007 et en 2008.
Gilles Guillain débute au cinéma, en 2001, en tournant pour
Catherine Breillat dans son long métrage Brève Traversée, commande d'ARTE pour la collection "Masculin/Féminin". Il tourne dans plusieurs courts-métrages et obtient son deuxième "long" en 2005 avec
Luc Moullet, qui le contacte pour le rôle d'Edward dans son film
Le Prestige De La Mort.