Figlio di Cosimo II (1590-1621), fu uomo d'armi che si distinse, al comando dell'armata medicea, soprattutto in Germania nella Guerra dei Trent'anni (1618-1648). Sotto il governo del fratello Ferdinando II (1610-1670) fu posto a capo di tutta l'amministrazione militare del Granducato di Toscana. Dalla Germania il principe Mattias portò in Toscana molti strumenti (splendidi quadranti, astrolabi, compassi, strumenti da miniera e per il rilievo topografico) firmati da celebri artefici e fornitori delle più importanti Wunderkammern europee. Il 12 luglio 1654 gli strumenti di Mattias furono depositati nella Galleria degli Uffizi, conferendo alla collezione medicea un carattere più europeo.