Diplômée de l'institut d'études politiques de Paris, Mme de GUILLENCHMIDT a débuté sa carrière en exerçant les fonctions d'avocate au barreau de Paris de 1972 à 1982 avant d'intégrer la magistrature en qualité de juge d'instruction au tribunal de grande instance de Pontoise.
Elle a par la suite occupé les fonctions de chef du bureau du droit commercial du ministère de la justice de 1989 à 1992, puis de chef du bureau de la réglementation des professions à la DACS de 1992 à 1993.
Elle rejoint le cabinet du garde des sceaux en 1993, d'abord comme conseiller technique, puis comme directeur adjoint.
Elle intègre le Conseil d'État en 1995, puis le Conseil supérieur de l'audiovisuel en 1999 avant d'être nommée membre du Conseil constitutionnel, fonctions qu'elle exercera de mars 2004 à mars 2013.
Elle est officier de la légion d'honneur, chevalier de l'ordre national du mérite, des palmes académiques et du mérite agricole.