Né le 16 avril 1974 à Montpellier, Mathias Malzieu se fait d'abord connaître comme chanteur et guitariste du groupe de rock français Dionysos. En 2007, il publie son troisième livre, La Mécanique du cœur, roman directement lié à l'album homonyme du groupe, qui raconte l'histoire de Jack, né le jour le plus froid du monde avec un cœur remplacé par une horloge mécanique. C'est sur le plateau du Grand Journal de Canal+ qu'il rencontre le réalisateur et producteur Luc Besson, à qui il fait part de son envie d'adapter son livre en film d'animation. Il coréalise ainsi Jack et la Mécanique du cœur avec Stéphane Berla, réalisateur de plusieurs clips de Dionysos, le film sortant en salles le 5 février 2014 après cinq années de développement. Il prête lui-même sa voix au personnage de Jack, tandis que l'ensemble de la bande originale est composé par Dionysos à partir de l'album La Mécanique du cœur. Il poursuit sa carrière de cinéaste avec le court métrage Le Distributeur en 2016, puis réalise seul son premier long métrage en prises de vue réelles, Une Sirène à Paris, sorti en 2020.
Mathias Malzieu puise directement dans sa propre histoire d'amour avec la chanteuse Olivia Ruiz, incarnée dans le film par le personnage de Miss Acacia, aux cheveux noirs et aux robes gitanes caractéristiques. Il revendique l'influence de Tim Burton et de son compositeur attitré Danny Elfman, ainsi que des effets bricolés chers à Michel Gondry, pour construire l'esthétique visuelle et sonore de son univers. Le personnage de Georges Méliès, interprété par Jean Rochefort, est directement inspiré par la ressemblance que Malzieu perçoit entre l'acteur et l'inventeur du cinéma fantastique, tous deux habités par un esprit inventif, émerveillé et légèrement mélancolique. Fellini, Jarmusch, Jeunet, Almodóvar et Terry Gilliam complètent la constellation de références qui nourrissent son goût pour un cinéma visuellement foisonnant.
Mathias Malzieu développe un cinéma d'animation musical, poétique et visuellement dense, directement irrigué par son travail de musicien et d'écrivain. Sa mise en scène, coélaborée avec Stéphane Berla sur Jack et la Mécanique du cœur, mise sur des images fortes et symboliques, comme l'escalade des flocons de neige, pour exprimer des thèmes profonds tels que la vie, l'amour, la mort et la différence, sans nécessairement recourir aux mots. Il conserve dans son cinéma la dimension musicale et mélancolique caractéristique de son travail avec Dionysos, où chaque chanson participe pleinement à la narration.
Jack et la Mécanique du cœur connaît un accueil favorable du public et de la critique lors de sa sortie en 2014, sans toutefois avoir été distingué par les grandes cérémonies telles que les César ou les Oscars. Le film demeure une référence notable du cinéma d'animation musical français des années 2010.
Il coréalise Jack et la Mécanique du cœur avec Stéphane Berla, réalisateur de plusieurs clips emblématiques de Dionysos. Il travaille également avec le producteur Luc Besson et la productrice Virginie Besson-Sila, rencontrés grâce à une conversation improvisée sur un plateau de télévision.
L'amour comme force à la fois vitale et dangereuse, incarné par le cœur mécanique de Jack qui ne doit jamais s'emballer, structure l'ensemble de son œuvre. La différence et la marginalité, traitées avec tendresse et poésie plutôt qu'avec misérabilisme, traversent également son travail. L'émerveillement enfantin face à l'invention et à la magie, incarné par la figure de Méliès, complète enfin sa signature de cinéaste-musicien.