Bouillon s'est formé au Lycée hôtelier Toulouse-Lautrec à Versailles, en France, avant d'effectuer des stages chez plusieurs chefs étoilés comme Alain Ducasse et Gordon Ramsay. Il a travaillé dans plusieurs restaurants prestigieux, notamment Le Louis XV à Monte-Carlo, L'Oasis de la Plage à Saint-Tropez, et à l'Hôtel George V à Paris.
En 2003, Mathieu Bouillon a ouvert son propre restaurant, le Bon-Bon, situé à Montpellier (France), qu'il a dirigé jusqu'en 2009. Le restaurant a reçu sa première étoile Michelin l'année suivant son ouverture et deux étoiles en 2008.
En 2010, Mathieu Bouillon a pris la direction du domaine des Baumard à Villoiron dans le Loiret (France), où il a créé un restaurant gastronomique associé au domaine de vins. Le domaine des Baumard a été récompensé avec une étoile Michelin en 2015.
Mathieu Bouillon est connu pour son talent dans la cuisine classique et moderne, ainsi que pour l'utilisation de produits locaux et de saison. Son style culinaire est caractérisé par ses plats colorés, élaborés et innovants, mais également par une attente à l'éclat et un sens aigu du goût.
Mathieu Bouillon est également connu pour son implication dans la promotion de la gastronomie française en France et à l'étranger, ainsi que pour son engagement en faveur des produits locaux et de la durabilité environnementale. Il a été invité à de nombreux événements gastronomiques internationaux, dont le Salon de Gastronomie de Lyon et le Madrid Fusion.
Enfin, Mathieu Bouillon est l'auteur de plusieurs livres, notamment "Bon-bon" (2008) et "Mathieu Bouillon" (2014), qui ont été largement acclamés par la critique culinaire.