Fou un dels membres de la família Gonzaga de Màntua, grans mecenes de les arts i particularment de la música. Succeí al seu oncle el cardenal Ercole Gonzaga com a duc de Màntua, el 1556. A la seva capella musical hi figuraren noms com els de Giaches de Wert i Giovanni Giacomo Gastoldi. Feu erigir la basílica de Santa Bàrbara, on es practicava una particular litúrgia amb relació al tractament de la música. Molts compositors de renom, com G. da Palestrina, escriviren música per a les seves celebracions. Guglielmo, com altres nobles italians de l’època, freqüentà la composició musical i sotmeté les seves creacions al criteri dels grans mestres amb els quals es relacionà. Publicà, de forma anònima, les col·leccions Sacrae cantiones in festis duplicibus maioribus ecclesiae Sanctae Barbarae, a cinc veus (Venècia, 1583), Madrigali, a cinc veus (Venècia, 1583), i Villotte mantovane, a quatre veus (Venècia, 1583).