Mathieu è noto soprattutto per il suo lavoro di progettazione di mobili e illuminazione. Ha lavorato per diverse aziende, tra cui il famoso marchio francese di mobili "Perriand et Le Corbusier".
Nel corso della sua carriera, Mathieu ha vinto numerosi premi e riconoscimenti per il suo lavoro, tra cui il Grand Prix alla Triennale di Milano nel 1954 per la sua poltrona "Caravelle".
È stato anche professore di design industriale all'École Nationale Supérieure des Arts Décoratifs di Parigi dal 1965 al 1975.
Robert Mathieu è morto nel 2002, ma il suo lavoro continua a essere riconosciuto e apprezzato nel mondo del design.