马修斯出生于英国萨塞克斯郡滨海肖勒姆。1951年进入剑桥大学国王学院学习地质学和地球物理学，跟随著名地球物理学家爱德华·布拉德学习。毕业后他在剑桥斯科特极地研究所工作两年，作为冰川学家参加了英国-新西兰-美国联合南极考察队，1957年回到剑桥攻读博士学位。

1960年，马修斯成为剑桥大学大地测量与地球物理系研究人员。1962年，他作为英国皇家研究船"发现号"首席科学家，在印度洋西北部卡尔斯伯格洋中脊进行了详细的海洋地磁和水深测量，使用拖曳式质子旋进磁力仪获得了洋中脊两侧磁异常条带的高质量数据。这次调查原本是研究洋中脊地壳结构，但带回的数据最终引发了地球科学的革命。

回到剑桥后，马修斯将数据交给了他指导的第一个研究生弗雷德里克·瓦因。瓦因结合哈里·赫斯刚提出的海底扩张思想和地磁场周期性倒转现象，提出了一个巧妙的假说：洋中脊处新涌出的玄武岩记录当时地磁场方向，随着海底向两侧推移，地磁场倒转就在洋壳上留下平行对称的磁化条带。1963年9月，两人在《自然》杂志发表了两页半的论文《洋中脊上的磁异常》，成为板块构造革命的基石。加拿大地质学家劳伦斯·莫雷稍早也独立提出类似假说但论文被拒，因此该假说以瓦因和马修斯的名字命名。

1966年后，来自太平洋、大西洋洋中脊的磁测数据完美验证了假说预测，海底扩张理论被广泛接受，板块构造学说迅速建立。马修斯1966年成为剑桥助理讲师，1979年任英国海洋科学研究所所长，1982年回剑桥任地球物理学教授。他1974年当选英国皇家学会院士，获伦敦地质学会比格斯比奖章和默奇森奖章。1997年7月20日，马修斯因心脏病在德文郡逝世，享年66岁。他的工作是连接海底观测和板块构造理论的关键桥梁。