Inició los estudios de Derecho en Madrid y, gracias al teatro universitario, descubrió su vocación artística. En 1952, a los veinte años, debutó en el Teatro Infanta Beatriz.
Después de formar parte de las Compañías Nacionales del Teatro María Guerrero y del Teatro Español, fundó su propia compañía.
En 1954 hizo su primera aparición en el cine, con un pequeño papel en la película de José María Forqué, “Un día perdido”. No obstante, fue en televisión donde consolidó su carrera como actor. En el programa 'Estudio 1' de TVE representó numerosas obras dentro del espacio “Novela”, al lado de su mujer Gemma Cuervo (“Levántate y lucha”, “Marie Curie” o “El fantasma de doña Juanita”, entre otras). También fue un rostro habitual en las series de realizadores como Adolfo Marsillach, Alberto González Vergel o Pilar Miró.
En los setenta regresó al cine, aunque sus papeles más significativos son los que interpretó a partir de la década de los 80. Entre ellos “La noche oscura” (1989), de Carlos Saura, “Don Juan en los infiernos” (1991), papel por el que ganó el Goya al mejor actor, o “¿Por qué lo llaman amor cuando quieren decir sexo?” (1993), de Manuel Gómez Pereira.
Como actor de doblaje hemos podido escucharlo en películas como “Amélie”, “Spiderman”, “Matrix Reloaded”, “Daredevil” o “Troya”, entre otras.
Con la actriz Gemma Cuervo se casó en 1960. Sus dos hijos, Fernando y Cayetana Guillén Cuervo han continuado el oficio de sus padres y también son actores.
En 1997, el Consejo de Ministros de España le concedió la Medalla de Oro al Mérito en el Trabajo.
Su último trabajo cinematográfico es “14, Fabian Road” (2008).
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