Mathilde Marie Christine Ghislaine d'Udekem d'Acoz est née le 20 janvier 1973 à Uccle.
Mathilde est la fille de l'Ecuyer (puis comte) Patrick d'Udekem d'Acoz (1936-2008), Lieutenant-Colonel d'Aviation de Réserve et de la Comtesse Anne-Marie Komorowska (1946 - ) née à Białogard en Pologne. La Comtesse est la fille du Comte Leon Michał Komorowski (1907-1992) et de la Princesse née Zofia Sapieha (1919-1997). La famille Sapieha est une famille princière polono-lituanienne. La Comtesse Anne-Marie Komorowska est également apparentée à l'ancien Président polonais, Bronisław Komorowski.
Mathilde passe son enfance dans le domaine familial du château de Losange (à Villers-la-Bonne-Eau près de Bastogne en province de Luxembourg) en compagnie de ses trois sœurs et de son frère.
Après des études primaires à l'École Notre-Dame de Bastogne, elle fréquente l'Institut de la Vierge Fidèle à Bruxelles. En 1991, Mathilde choisit d'étudier la logopédie (orthophonie) à l'Institut Libre Marie Haps (Bruxelles). Elle obtient trois ans plus tard son diplôme avec grande distinction et devient logopède. Tout en poursuivant des études de psychologie à l'Institut Marie Haps, elle ouvre un cabinet de Logopédie dans la capitale belge et elle travaille en tant que logopède à l'école Sainte-Jeanne de Chantal à Bruxelles. Après son mariage avec le Prince Héritier, elle décrochera une Licence en Psychologie.
Elle épouse le 4 décembre 1999 le Prince Philippe de Belgique, Duc de Brabant, héritier du trône, avec qui elle aura 4 enfants:
Gabriel,
Emmanuel,
Eléonore,