Issu d'un mileu modeste, Guy Marchand se tourne très vite vers la musique en apprenant en autodidacte la clarinette. Il tente d'abord une carrière dans la Légion étrangère après avoir passé toute son enfance à Paris. C'est d'ailleurs en tant que conseiller qu'officier parachutiste qu'il intégrera le casting et l'équipe technique du Jour le plus long, en 1962. Il devient par la suite compositeur puis décide d'interpréter sa chanson La Passionata, qui est un grand succès en 1965.

Il fait ses véritables débuts au cinéma en 1971 dans le Boulevard du rhum de Robert Enrico, premier rôle qui lui permet de jouer aux côtés de Brigitte Bardot et Lino Ventura, rien de moins. Il enchaîne avec Une belle fille comme moi de François Truffaut (1972) mais c'est l'énorme succès de Cousin, cousine, de Jean-Charles Tacchella, qui le rend célèbre par le réalisme de son personnage et lui vaut l'étiquette de latin lover et de crooner (à cause de sa voix). Il réussit cependant à casser cette image en multipliant d'abord les personnages d'hommes ordinaires, policier sans histoire dans Tendre poulet (1977) ou publicitaire trompé par sa femme dans Loulou (1980). 

Cette même année le comédien s'illustre dans Nestor Burma, détective de choc, accompagnant le détective privé incarné par Michel Serrault. Joli signe du destin : il se glissera, près de dix ans plus tard et sur petit écran, dans le costume du personnage. Dans les années 80, Guy Marchand se délecte de seconds rôles de salauds. Il est tour à tour un militaire raciste dans Coup de torchon (1981) auprès de Philippe Noiret, un inspecteur violent dans Garde à vue (1981), qui lui vaut le César du Meilleur second rôle, un criminel dans Mortelle randonnée (1983), un voleur dans Conseil de famille (1986), un garagiste âpre au gain dans L'Ete en pente douce (1987) ou encore un flic véreux dans Ripoux contre ripoux (1989).

Guy Marchand se fait beaucoup plus rare au cinéma à partir des années 90, durant lesquelles il se consacre à nouveau à la musique et à la télévision. Il s'installe dans le Luberon et élève depuis des chevaux, grâce auxquels il monte la première équipe féminine du monde de polo, l'El Gaucho Polo Club. Sur petit écran, il se distingue notamment en incarnant le détective privé Nestor Burma dans la série du même nom, après avoir été l'adjoint de son prédécesseur Michel Serrault. En 2006, il revient vers le cinéma avec le Dans Paris de Christophe Honoré. Un an plus tard, il est à l'affiche du drame Après lui, de Gaël Morel.

C'est en 2007 qu'il publie son autobiographie, "Le Guignol des Buttes-Chaumont" et se lance alors dans l'écriture de romans. Il publie ainsi "Un rasoir dans les mains d'un singe" (2008) et "Le Soleil des enfants perdus" (prix Jean Nohain 2012). Sa carrière cinématographique s'en trouve ralentie, bien qu'on le retrouve par la suite dans quelques seconds rôles qu'il affectionne, notamment dans Passe-passe (2008) de Tonie Marshall. Il s'illustre aussi, en 2010, dans un premier rôle inattendu, très dramatique, dans le film historique L'Arbre et la forêt d'Olivier Ducastel et Jacques Martineau.

Il faut ensuite attendre 2014 pour le voir réapparaître au cinéma, en tête d'affiche de Calomnies de Jean-Pierre Mocky, ainsi que dans L'Art de la fugue, de Brice Cauvin. Père de Ramzy dans l'original Hibou, Guy Marchand apparaît dans la comédie dramatique Ôtez-moi d'un doute et la comédie Le Doudou. Il goûte aussi aux séries avec Prière d'enquêter et Dix pour cent, puis joue un personnage central dans deux téléfilms dramatiques traitant d'un sujet grave : Illégitime et La Dernière partie. En 2022, l'acteur de 85 ans retourne à la comédie avec Les Folies fermières porté par le très à la mode Alban Ivanov.