En 2009 et 2010, Matthew Glaetzer est plusieurs fois sur le podium des championnats nationaux juniors, avant de connaître un succès international pour la première fois avec trois médailles dont deux titres aux mondiaux sur piste juniors (moins de 19 ans). En 2011, il devient champion d'Australie de vitesse par équipes avec Nathan Corrigan-Martella et James Glasspool. Pour sa première compétition mondiale chez les élites, il est médaillé de bronze de la vitesse par équipes.
Le , il devient le premier coureur de l'histoire à descendre sous la minute, lors d'un kilomètre départ arrêté couru au niveau de la mer. Il réalise 59,970 secondes lors des qualifications du kilomètre de la manche de Coupe du monde de Manchester[1]. En finale, il remporte la manche en 1 minutes et 81 centièmes[2]. Ce record officieux est battu par Jeffrey Hoogland lors des mondiaux sur piste 2018 avec un temps de 59,459 secondes.
Aux mondiaux 2018, il décroche le titre suprême lors du tournoi de vitesse, sans perdre de match. C'est son deuxième titre mondial, six ans après le premier en vitesse par équipes. Il est également vice-champion du monde du kilomètre. Aux Jeux du Commonwealth de la même année, il remporte trois médailles dont deux titres sur le kilomètre et le keirin. Lors de la Coupe du monde 2018-2019, il remporte trois manches et le général de la vitesse individuelle. En 2019, il devient également champion d'Océanie de vitesse et du keirin. Aux mondiaux de Pruszków, il échoue au pied du podium en vitesse et en keirin. En octobre, alors qu'il se plaint de douleurs au cou, un cancer de la thyroïde lui est diagnostiqué. La glande thyroïde lui est enlevée et il doit suivre un traitement avec des comprimés d'iode, qui ne remet pas en cause sa participation pour les Jeux olympiques de Tokyo[3]. En , il déclare forfait aux mondiaux de Berlin, en raison d'une blessure à la jambe survenue après une chute à l'entraînement[4].