Nascut en una família modesta, va rebre suport financer de Delambre, que li va proporcionar una habitació d l'observatori de París mentre estudiava a l'escola de Quatre Nations preparant l'examen d'ingrés a l'École Polytechnique.[1] El 1803 ingressà a l'École Polytechnique, on va conèixer François Arago que va ingressar el mateix any, i amb qui estaria unit amb una forta amistat la resta de la seva vida.
A partir de 1822, en morir Delambre, Mathieu va revisar i reescriure les seves notes per la Història de l'Astronomia en el segle xviii, que es va publicar el 1827.[3]
El 1824 es va casar amb Gaudèrique Margherite Arago, germana del seu amic, amb qui va tenir una filla, Lucie, que es casaria amb l'astrònom Ernest Laugier.[4]
Com a membre titular del Bureau des Longitudes, va ser l'encarregat d'editar les publicacions Connaisance des Temps i Annuaire du Bureau des Longitudes, en les cada any incorporava les millores que reclamaven els geògrafs i els marins.[5]
Mathieu, com el seu amic Arago, també va ser actiu en política, sent diputat per la seva regió de 1834 a 1849.[6] Els seus col·legues a la Cambra de Representants li sotmetien els problemes científics i va ser força actiu en la implantació del sistema mètric decimal.[7]
O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F. «Claude Louis Mathieu» (en anglès). MacTutor History of Mathematics archive. School of Mathematics and Statistics, University of St Andrews, Scotland.(anglès)