Guillaume est le fils de Gabriel-François, et de Marie-Josèphe Le Fur, son épouse. Guillaume passe son enfance à Bénodet, où son père est gardien de phare. Il est le 3^e d'une fratrie de quatre enfants : Joseph Yves Marie 1894, Gabriel Corentin 1895, Guillaume-Joseph-Marie 1898 et Etienne François René Marie 1904, tous nés à Bénodet. Il fait sa scolarité à l'école primaire de la commune.

A 15 ans, Guillaume entre dans la marine en qualité de mousse. Il est incorporé le 1^er avril 1913 à l'Ecole des mousses qui est embarquée sur le navire école "Armorique" mouillé en rade abri du Port de Brest. L'année suivante il signe un engagement dans la Marine nationale d'une durée de 10 ans à compter du 18 mars 1914.

A l'issue de sa formation initiale effectuée à Brest, il rejoint le 3 août 1914 le "5^e dépôt des équipages" à Toulon. Le 15 septembre 1914, il intègre le "2^e Régiment de marins" qui est en cours de constitution. Son bataillon quitte Toulon le 23 octobre par le train pour rejoindre Paris, puis Calais le 27 octobre, et poursuit le trajet à pied pour rejoindre sur l'Yser (Belgique) la Brigade de fusiliers marins commandée par l’amiral Ronarc’h. La Brigade de fusiliers marins est formée à Paris à partir de marins disponibles à Brest, à Cherbourg, à Rochefort, et à Toulon, mais principalement de bretons de toutes spécialités. Elle comprend deux régiments, à trois bataillons de quatre compagnies chacun, et une compagnie de mitrailleuses. En septembre 1914, la brigade est transportée à Anvers, où se trouve assiégée l’armée belge. La Brigade se bat les 9, 10 et 11 octobre 1914 à Melle pour protéger la retraite des troupes belges. En octobre la Brigade se dégage vers Dixmude sur le canal de l’Yser avec la mission de stopper l’avancée allemande. Le 16 octobre commence la bataille pour la possession de Dixmude avec 6000 marins et 5000 belges. Les pertes des défenseurs sont effroyables, mais la Brigade continue à défendre, coûte que coûte. Le 15 novembre l’offensive allemande est stoppée. La brigade a perdu environ 3000 hommes, morts, disparus, ou mis hors de combat.

La Brigade est relevée et se replie sur Dunkerque pour renouveler les personnels tués ou blessés. Affectée au groupement de Nieuport, sa nouvelle mission est de défendre le secteur de Nieuport allant de la mer à Saint-Georges au sud du canal de l’Yser. Au début du mois de décembre la Brigade de fusiliers marins est engagée à Steenstraat et à Saint-Georges. Les combats des 17 et 22 décembre ont coûté la vie ou mis hors de combats plus de 500 hommes.

En janvier 1915 la Brigade combat dans le secteur de Nieuport. Blessé par éclats d'obus au cours des combats de Nieuport, Guillaume est transporté à l'ambulance Océan de la Croix-Rouge à La Panne, station balnéaire de bord de mer en (Belgique).

Il y décède le 30 janvier 1915 des suites de blessures de guerre.

Le nom de Guillaume Marteville est inscrit sur le monument aux morts de la commune de Bénodet.

La promotion 2011 de l'Ecole des mousses de la Marine nationale porte le nom de "Guillaume Marteville".

En février 1976, la commune de Bénodet nomme le square situé près du petit phare en bordure de l'Odet "Square Guillaume Marteville".