Né à Santiago du Chili, Matta commence des études d’architecture avant de s’installer en France en 1933, travaillant avec Le Corbusier et rencontrant des artistes et poètes influents comme Lorca et Alberti. Introduit au mouvement surréaliste par André Breton à Paris, il développe les « Morphologies psychologiques », une série expérimentale utilisant la couleur pour guider le pinceau de manière automatique.
Fuyant la guerre, il s’installe à New York où il expose et collabore avec des artistes tels que Marcel Duchamp et Jackson Pollock. Influencé par la physique et les sciences, il crée des œuvres innovantes intégrant des pigments phosphorescents et des concepts de la quatrième dimension.
De retour en Europe, il participe à de nombreuses revues et publications, fonde la revue Instead, et réalise de grandes toiles abordant des thèmes politiques et sociaux. Ses œuvres monumentales couvrent murs et plafonds, et il prend part aux événements artistiques internationaux.
Matta obtient la nationalité française en 1979 et reçoit de nombreuses distinctions, dont le Praemium Imperiale. Il laisse un héritage artistique durable à travers ses enfants artistes et ses contributions majeures au surréalisme et à l’art contemporain.