Nhân dịp kỉ niệm sinh nhật lần thứ 30 của mình, thế tử đã trả lời phỏng vấn rằng mình đang có một mối quan hệ với một "cô gái thân thiết" và mối quan hệ này đã bền vững trong hơn một năm song ông nhấn mạnh rằng họ cần thêm thời gian để đánh giá tương lai của mình. Ngày 26 tháng 4 năm 2012, triều đình tuyên bố việc hứa hôn giữa Đại công thế tử và Nữ bá tước Stéphanie de Lannoy.[4] Họ cùng là hậu duệ của Công tước Charles Marie Raymond d'Arenberg. Lễ thành hôn dân sự được tổ chức vào thứ sáu, 19 tháng 10 năm 2012; lễ thành hôn theo nghi thức tôn giáo được tổ chức vào thứ bảy, 20 tháng 10 năm 2012.[5]

Guillaume quan tâm đến âm nhạc và thể thao; ông cũng chơi dương cầm và thích bóng đá, bơi lội và bóng chuyền. Đại công thế tử có thể nói được tiếng Luxembourg, tiếng Pháp, tiếng Đức, tiếng Tây Ban Nha và tiếng Anh. Ông thường xuyên đại diện cho cha mẹ trong các hoạt động tại nước ngoài.