Nata da padre americano (fotografo) e madre italiana (titolare di un'agenzia di comunicazione), Matilda ha sempre avuto la passione per lo spettacolo.
Inizia a lavorare nel settore della moda mentre frequenta il liceo scientifico, e una volta finito si trasferisce a New York, dove frequenta il suo primo corso di recitazione. Tornata a Milano, scopre un libro di Larry Moss che le cambierà la vita. Decide così di partire per Los Angeles per seguire un seminario di Moss, e di non tornare più, seguendo corsi di recitazione e lavorando come cameriera per mantenersi.

Nel 2012 gira il suo primo film, non ancora uscito nelle sale, Azzurrina, per la regia di Giacomo Franciosa, seguito da L'ultima ruota del carro, diretto da Giovanni Veronesi, ma è con la serie televisiva Fuoriclasse, nella quale interpreta Barbara Pinaider, che arriva la popolarità.
Per il grande schermo, tra gli altri, gira Mi chiamo Maya, opera prima di Tommaso Agnese, in cui è la protagonista femminile, L'Universale, primo lungometraggio di finzione di Federico Micali, e Rings, reboot Paramount del noto film horror con Naomi Watts The Ring. La troviamo anche nel film di Gabriele Muccino L'estate addosso (2017) e finalmente protagonosta in Revenge (2017) di Coralie Fargeat.
Nel 2022 è protagonista del film di Michel Hazanavicius Final Cut.