Hoàng hậu Mathilde sinh ngày 20 tháng 1 năm 1973 tại tỉnh Uccle thuộc Vương quốc Bỉ. Bà là con gái của Bá tước Patrick d'Udekem d'Acoz (1936-2008) - con trai của Nam tước Charles d'Udekem d'Acoz (1885-1968) - và Nữ Bá tước Anna Maria Komorowska - con gái của Bá tước Leon Michael Komorowski (1907-1992) và Công chúa Ba Lan Zofia María Sapieha xứ Krasiczyn (1919-1997). Bà lớn lên tại Lâu đài Losange ở Villers-la-Bonne-Eau thuộc thành phố Bastogne của Vương quốc Bỉ.

Sau khi Mathilde kết hôn với Thái tử Philippe, Vua Albert II đã nâng cấp bậc của các thành viên nam của gia đình d'Udekem d'Acoz từ nam tước lên thành bá tước. Khi Thái tử Philippe lên ngôi vua, Mathilde trở thành Hoàng hậu Bỉ đầu tiên mang quốc tịch Bỉ.