Mathilde Panis a été formée à l'ENSATT. Elle y travaille, entre autres, avec Alain Françon, Anne-Laure Liégeois, Daniel Larrieu, Armand Gatti, Philippe Delaigue, Christian Schiaretti, Guillaume Lévêque, Olivier Maurin, Agnès Dewitte, Giampaolo Gotti, Marie-Christine Orry, ou encore Catherine Germain. Auparavant, elle suit la « Formation de l'acteur » du Théâtre des Chimères de Biarritz, puis l'École d'été du Footsbarn Travelling Theatre, et les cours de François Clavier, au Conservatoire du XIIIème arr. de Paris.
Elle est engagée par le Théâtre du Rivage pour une création en 2015-2016, #JAHM, et pour la reprise d'À la renverse, mis en scène par Pascale Daniel-Lacombe. Par la suite, elle joue également dans Macbeth, mis en scène par Lisa Guez (Juste avant la compagnie), Les Femmes de Barbe-Bleue (Prix IMPATIENCE), L'Aiglon, mis en scène par Maryse Estier (ENSATT), Corps Étrangers, mis en scène par Titouan Huitric, Ombres, au TNP de Vileurbanne mis en scène par Clara Simpson, Les Petites Mythologies, de Philippe Delaigue. En parallèle, elle participe aussi à plusieurs lectures, enregistre des fictions pour France Culture, France Inter, et travaille au cinéma avec Eugène Green, Frédéric Fonteyne, Safy Nebbou, Sophie Bollard, Rémi Duffourd, ou encore Alain Prioul.