Entré au CNRS en 1963 en qualité d’attaché de recherche, Jean Guilaine a quitté cet organisme en 1993 avec le grade de directeur de recherche de classe exceptionnelle. En 1978, il  est devenu directeur d’études à l’École des hautes études en sciences sociales (chaire Néolithisation et premières sociétés rurales). Un temps chargé d’Inspection générale de l’archéologie au ministère de la Culture (1986-1990), il a été élu en 1994 professeur au Collège de France où il a enseigné jusqu’en 2007 sur une chaire d’archéologie (Civilisations de l’Europe au Néolithique et à l’Âge du bronze). En 2011, il est devenu membre de l’Institut (Académie des inscriptions et belles-lettres). Défenseur convaincu d’une recherche pluridisciplinaire, il a fondé en 1978, à Toulouse, avec Daniel Fabre le Centre d’anthropologie des sociétés rurales de l’EHESS et du CNRS, devenu par la suite Centre d’anthropologie (1978-2007). De 1986 à 1994, il a dirigé la revue Gallia-Préhistoire et fondé la série Archives d’Écologie Préhistorique. Grand prix de l’Archéologie du ministère de la Culture (1985) , il est président d’honneur de la Société préhistorique française. Longtemps président de la commission du Néolithique de l’Union internationale des sciences préhistoriques et protohistoriques, il est membre correspondant de l’Académie royale d’histoire (Madrid), de l’Institut italien de préhistoire et protohistoire (Florence), de la Société des archéologues portugais. Il est docteur honoris causa des universités de Barcelone (2006) et de Lisbonne (2018).