Mathilde Hénin Vieillard-Baron étudie la viole de gambe avec Christophe Coin, au CNSM de Paris, où elle obtient son Diplôme de Formation Supérieure de viole de gambe en 2008, avec mention très bien. Elle complète par ailleurs sa formation en musique ancienne, avec des cours de luth, de clavecin et de contrepoint de la Renaissance.

Elle se produit avec divers ensembles, notamment Stradivaria (Daniel Cuiller), Jacques Moderne (Joël Suhubiette), la Maîtrise de Notre-Dame de Paris ou la Maîtrise de Seine Maritime, et s’implique dans de jeunes formations comme l’Oxymore (N. Flodrops), Il Ballo (L. Loredo), Les Bons Enfans (B. Alard).

De 2004 à 2008, elle a joué à la Comédie Française dans Le Malade Imaginaire mis en scène par Claude Stratz (musique de M.-O. Dupin) et a accompagné la troupe en tournée à New-York, Chicago et au Canada. Elle se produit également au théâtre avec la Compagnie du Samovar.

Elle a enregistré les Membra Jesu Nostri de Buxtehude avec l’ensemble Sagittarius (Ligia Digital, Choc du Monde de la Musique), Musique au temps de Samuel de Champlain avec l’ensemble Via Musique (projet franco-canadien), des Cantates de Buxtehude (Jesu meine Freude) avec l'ensemble Jacques Moderne (Ligia Digital), ainsi que des cantates de Weckmann (Musica Poetica) avec l'ensemble Les Cyclopes (Zig Zag Territoires). Son dernier enregistrement est « Jan van Eyck ambassadeur », autour des chansons de Dufay et Binchois, avec La Chambre d'Alienor.

Mathilde Hénin est titulaire du Diplôme d’Etat de musique ancienne ; elle enseigne la viole de gambe au Conservatoire à Rayonnement Départemental de Dieppe.

Elle a par ailleurs obtenu une Maîtrise de Lettres Modernes à Paris III en 2002.