Erste internationale Erfahrungen sammelte Agathe Guillemot im Jahr 2018, als sie bei den U20-Weltmeisterschaften in Tampere mit 5231 Punkten den 21. Platz im Siebenkampf belegte. 2021 startete sie mit der französischen 4-mal-400-Meter-Staffel bei den U23-Europameisterschaften in Tallinn und verhalf der Mannschaft dort zum Finaleinzug, womit sie zum Gewinn der Silbermedaille beitrug. 2023 wurde sie bei der 1. Liga der Team-Europameisterschaft im Rahmen der Europaspiele in Chorzów in 4:13,71 min Achte im 1500-Meter-Lauf. Im August schied sie dann über diese Distanz bei den Weltmeisterschaften in Budapest mit 4:06,18 min in der ersten Runde aus. Im Jahr darauf belegte sie bei den Hallenweltmeisterschaften in Glasgow in 4:04,94 min den siebten Platz und zuvor verbesserte sie in Liévin den französischen Hallenrekord über 1500 Meter auf 4:04,64 min und stellte kurz darauf in Ostrava mit 4:20,02 min einen Landesrekord über die Meile auf.
2023 wurde Guillemot französische Meisterin im 1500-Meter-Lauf.
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