Nach ihrem Abitur 1996 arbeitete Sophie Guillemin in mehreren Gelegenheitsjobs, darunter auch in Disneyland Paris. Während der Arbeit als Kellnerin wurde sie von dem französischen Filmemacher Cédric Kahn für sein Liebesdrama Meine Heldin entdeckt. Sie verkörperte die Figur Cécilia an der Seite von Charles Berling und Arielle Dombasle in dem 1998 erschienenen Kinofilm. Dafür wurde sie bei der Verleihung des französischen Filmpreis César 1999 als Beste Nachwuchsdarstellerin nominiert. Eine weitere Nominierung in der gleichen Kategorie folgte beim César 2001 für ihre Darstellung in Harry meint es gut mit dir.
Guillemin ist Mutter einer Tochter. Sie konvertierte 1999 zum Islam und weigert sich seitdem, Nacktszenen zu drehen. Sie trug zeitweise ein Kopftuch, was sowohl in ihrem Umfeld als auch in der Filmbranche heftige Reaktionen auslöste.[1]
