Né dans une famille russe, Mathieu Kalyntchuk grandit à Villeurbanne, près de Lyon, où il suit ses études jusqu'à l'obtention de son baccalauréat. Au lycée, Mathieu apprend à jouer de la guitare et compose des chansons. En 2006, il sort un premier album intitulé "Rien ne va plus" qui rencontre un succès modéré.
En 2010, Mathieu Kalyntchuk fait ses premiers pas sur la scène internationale avec la sortie de l'album "Dans mes rêves". Cet album est enregistré en anglais et connaît un succès commercial important en Europe et au Canada.
En 2014, Mathieu Kalyntchuk publie son quatrième album intitulé "L'Inconnue de Vienne", qui reçoit des critiques favorables et obtient un disque d'or. L'année suivante, il sort l'album "Mademoiselle Paradis", qui est également acclamé par la critique et rencontre un succès commercial important en France.
En 2017, Mathieu Kalyntchuk publie son cinquième album intitulé "Le temps ne s'arrête pas". Cette même année, il reçoit le prix de l'Académie Charles-Cros pour cet album. En 2019, il sort un sixième album, intitulé "L'enfant au cor et à la plume", qui est encore une fois acclamé par la critique et rencontre un succès commercial important en France.
Mathieu Kalyntchuk est également connu pour son activisme politique. Il s'engage notamment contre le réchauffement climatique, et soutient plusieurs associations humanitaires. En 2015, il fait une apparition lors de la conférence de Paris sur les changements climatiques (COP21) pour soutenir l'action menée par l'ONU contre le réchauffement climatique.
En 2017, Mathieu Kalyntchuk reçoit le prix Lumière du cinéma francophone pour son engagement politique et sa carrière musicale.