Mathilde Lemaire commence ses études musicales à l'École Maîtrisienne Régionale des Pays de la Loire dès l'âge de 11 ans, avant de poursuivre son cursus aux conservatoires d'Angers et de Nantes jusqu'en 2013. Depuis 2018, Mathilde est lauréate de plusieurs concours internationaux, notamment le Prix d'Honneur en 2021 et le Second Prix en 2018 au concours Léopold Bellan à Paris, le Prix Jeune Talent du concours Georges Liccioni à Angers en 2021, le Prix Jeune Espoir du Centre Français de Promotion Lyrique au concours international d'Arles et le Troisième Prix opérette au concours de chant lyrique de Béziers en 2019, etc.

Parmi les temps forts des saisons précédentes, on peut citer : le rôle de la fille d'Akhnaten dans Akhnaten de Ph. Glass à l'Opéra de Nice dans une mise en scène de L. Childs et J.-M. Criqui, le rôle d'Adèle dans la Chauve-Souris (Die Fledermauss) de Strauss au festival d'Oper'Oye, le rôle de Maguelone dans Cendrillon de P. Viardot à Nice, les rôles titres dans La Poupée d'E. Audran et Les Amants de Galerne de J.-J. Roux au Grand Théâtre d'Angers, Suor Angelica et Gianni Schicchi de Puccini, La Flûte Enchantée de Mozart avec Angers Nantes Opéra dans une mise en scène de P. Caurier et M. Leiser, etc.

Mathilde se produit régulièrement lors de récitals privés ou encore avec l'association Music'O Seniors, en interprétant des œuvres de compositeurs très variés, de Bach à Gershwin en passant par Mozart, Offenbach... Mathilde est également membre des collectifs d'artistes solidaires le CALMS et UNISSON, pour lesquels elle a chanté à l'Opéra de Nice et d'Avignon, ainsi qu'à l'Opéra-Comique.

La discographie de Mathilde comprend plus de 35 enregistrements d'albums pour le label ADF-Bayard Musique (musique sacrée, classique et religieuse). Elle enregistre notamment l'album solo "Sainte-Thérèse" en 2017, l'hymne des JMJ (Journées Mondiales de la Jeunesse) 2016 et 2019 et prête sa voix sur les albums de grands noms de la chanson religieuse tels que Mannick, Marie-Louise Valentin, Jo Akepsimas, Laurent Grzybowski, etc.