Après avoir suivi une formation théâtrale au lycée Dessaignes à Blois, puis au DEUST Arts du Spectacle sous la direction de Guillaume Dujardin à Besançon, Mathieu Barché intègre l’école du Studio d’Asnières et termine parallèlement son master de recherche théâtre à l’Université de Nanterre Paris X.
Depuis 2010, il fait parti de l’équipe permanente du festival des Nuits de Joux à Pontarlier où il joue dans une quinzaine de pièces sous la direction de cinq metteurs en scène. Depuis 2015, il dirige la compagnie La Chevauchée en collaboration avec Agathe Perrault, et met en scène Hivers, d’après des textes de Jon Fosse, spectacle qui remporte le Grand Prix du Jury du festival Nanterre sur Scène en 2014, puis il monte Plateau N°1 et Kératoconjonctivite sous forme d’écritures de plateau.
Il fait également parti du Groupe Apache à Bordeaux et joue dans le Projet/Molière et 20 000 Lieues sous les mers. Il joue en 2016 sous la direction d’Alexis Armengol dans Impeccable de Mariette Navarro, et dans le dernier projet du Groupe Apache : Spartoï.