พระองค์ทรงเริ่มสัมพันธ์กับนางสาวเพีย ฮารัลด์เซน ชาวนอร์เวย์ ซึ่งเป็นบุตรีบุญธรรมของพระภาคิไนยในสมเด็จพระราชินีซอนยาแห่งนอร์เวย์ ทั้งคู่พบกันในปีพ.ศ. 2544 ในงานอภิเษกสมรสของเจ้าฟ้าชายโฮกุน มกุฎราชกุมารแห่งนอร์เวย์กับนางสาวเมตเต-มาริต ทเจสเซม โฮลบี ทั้งคู่เริ่มออกนัดกันในปีพ.ศ. 2545 แต่ความสัมพันธ์ของทั้งคู่ได้จบลงหลังปีนั้น

ในวันที่ 26 เมษายน พ.ศ. 2555 ราชสำนักได้ประกาศการหมั้นระหว่างแกรนด์ดยุกกีโยม รัชทายาทแห่งลักเซมเบิร์กกับเคานท์เตสสเตฟานี เดอ ลานนอย[1] ชาวเบลเยียม ซึ่งสืบเชื้อสายมาจากชาร์ลส์ มารี เรย์มอนด์ ดี อเรนเบิร์ก ดยุคที่ 5 แห่งอเรนเบิร์ก การอภิเษกสมรสได้ถูกกำหนดขึ้นในวันที่ 20 ตุลาคม พ.ศ. 2555[2]แกรนด์ดยุคทรงสนพระทัยในการดนตรีและการกีฬา พระองค์ทรงสามารถเล่นเปียโน ทรงเล่นฟุตบอล,ว่ายน้ำและวอลเลย์บอล พระองค์ทรงสามารถพูดภาษาลักเซมเบิร์ก,ภาษาฝรั่งเศส,ภาษาเยอรมัน,ภาษาสเปนและภาษาอังกฤษ พระองค์ทรงชื่นชอบกีฬาอเมริกันฟุตบอล ทรงเป็นแฟนคลับทีมนิวยอร์ก ไจแอนตส์