Proveniva da una nobile famiglia che l'aveva indirizzato alla carriera ecclesiastica. Quando fu eletto Vescovo era arcidiacono della Cattedrale. Non trascurò la cura pastorale della città: pose fine, ad esempio, al dissidio che divideva i canonici della Pieve e quelli della Cattedrale, dette un impulso decisivo allo sviluppo dell'Ospedale di Santa Maria del Ponte, approvò l'istituzione della Fraternita di Santa Maria della Misericordia (chiamata poi Fraternità dei Laici).
Partecipò al secondo Concilio di Lione ed accolse ad Arezzo papa Gregorio X stanco e ammalato mentre stava tornando a Roma da quel Concilio. Il Papa morì in città dove si tenne anche il conclave. Una donazione del Papa determinò l'inizio della costruzione della "nuova" Cattedrale: un edificio in stile gotico costruito all'interno della cinta muraria, a differenza del "Duomo Vecchio". Fece costruire anche l'attuale palazzo vescovile.
Fu anche uomo politico e condottiero, e non disdegnò l'uso della forza. Fece chiudere un dissidio con il monastero di Camaldoli facendo bastonare i monaci dai suoi soldati attirandosi la censura del Papa.
Scelse la parte ghibellina molto probabilmente per tentare di mantenere l'indipendenza di Arezzo e non per reale convinzione politica. Ormai in età avanzata guidò l'esercito ghibellino alla battaglia di Campaldino ove fu sconfitto e perse la vita sabato 11 giugno 1289 per un colpo di picca alla testa.
I suoi resti mortali, raccolti sul campo di battaglia, furono sepolti, assieme a quelli di suo nipote, anch'egli morto in battaglia, nella vicina chiesa di Certomondo, ai piedi del castello di Poppi ed ivi ritrovati nel 2008 ed a lui attribuiti tramite accurati esami scientifici (radiocarbonio, DNA, esame antropometrico).
L'11 giugno 2008, settecentodiciannovesimo anniversario della battaglia, al termine di una suggestiva cerimonia di suffragio, celebrata nel Duomo di Arezzo dal vescovo Gualtiero Bassetti, al corpo di Guglielmino è stata finalmente data l'estrema dimora in quella cattedrale che lui stesso aveva fondato oltre 7 secoli prima.