Ancien élève de Louis Seigner au Conservatoire de Paris, Patrick Guillemin a joué dans une trentaine de pièces de boulevard sous la direction de Jacques Fabri, Robert Lamoureux, Pierre Mondy, Michel Roux ou encore Jean Poiret.
A l'écran, il a tourné notamment dans le premier film de Patrice Leconte,
Les Wc étaient Fermés De L’intérieur et dans de nombreux téléfilms. Il a aussi prêté sa voix à Ned Flanders, le voisin d'Homer Simpson dans la série animée
Les Simpson.
Il décède d'une crise cardiaque le 21 Août 2011.