Après une licence de musicologie à l'université de Tours, des études d'analyse, d'écriture et de direction d'orchestre dans la classe de Jean-Marc Cochereau au Conservatoire à Rayonnement Régional de Tours, Mathieu Bonnin intègre en 2008 le Conservatoire National Supérieur de Musique de Paris (CNSMDP) en culture musicale ainsi qu’en direction de chœur grégorien dans la classe de Louis-Marie Vigne.
Passionné par cette discipline, il décide de s’y spécialiser et part en échange Erasmus avec le CNSMDP au Conservatoire de Birmingham, en musicologie, direction de chœur avec Paul Spicer et orgue avec Henri Fairs et est admis dans le chœur professionnel de la cathédrale de Birmingham.
Lors de son retour, il devient chef de chœur de la maîtrise du Conservatoire du VIème arrondissement de Paris. Un an plus tard, il est nommé chef de chœur de la maîtrise de la cathédrale de Chartres, avec laquelle il se produit pour divers concerts en France et à l'étranger et lors d’interventions sur France Culture, TF1, France 2...
Il est nommé chef de choeur des Petits Chanteurs de Saint Dominique en 2015 puis chef de choeur du Puy du Fou en 2017.
Mathieu Bonnin continue de se former à la direction et obtient en 2019 le master de direction d'orchestre du Conservatoire Royal de Bruxelles dans la classe de Robin Engelen en dirigeant l'Orchestre Philharmonique Royal de Liège.
En 2019, il est chef-assistant sur la production Ii was looking at the ceiling and then i saw the sky de John Adams au Théâtre National de Bruxelles ainsi qu'à l'Opéra National de Wallonie.
Depuis 2019, Mathieu est l'un des chefs de choeur de la cathédrale de Bruxelles et dirige en particulier les grandes cérémonies de la cathédrale.