Mathilde is geboren op 20 januari 1973 in Ukkel als oudste dochter van graaf Patrick d’Udekem d’Acoz (1936-2008) en gravin Anne Marie Komorowska (1946). Ze heeft drie zussen Marie-Alix (1974-1997), Elisabeth (1977) en Hélène (1979). Ook heeft ze een broer, Charles-Henri (1985). 

Mathilde verlooft zich op 10 september 1999 met kroonprins Filip van België. Het burgerlijk huwelijk vindt plaats op 4 december 1999 in het Stadhuis van Brussel. Op dezelfde dag vindt ook de kerkelijke inzegening plaats in de Kathedraal van Sint-Michiel en Sint-Goedele in Brussel.

Op 21 juli 2013, de nationale feestdag van België, volgt kroonprins Filip zijn vader koning Albert op, die vanwege zijn leeftijd en gezondheid aftreedt. Prinses Mathilde wordt na de troonswisseling koningin der Belgen.

Koningin Mathilde en koning Filip hebben vier kinderen: prinses Elisabeth (2001), prins Gabriël (2003), prins Emmanuel (2005) en prinses Eléonore (2008).