Ulrich Matthes wurde 1959 in Berlin geboren. Erste Film- und Fernsehrollen spielte er bereits als Kind, entschloss sich nach dem Abitur zunächst jedoch, mit dem Berufsziel Lehrer Germanistik und Anglistik zu studieren. Das Studium brach er nach fünf Semestern ab und nahm stattdessen Schauspielunterricht. Erste Engagements erhielt er an den Vereinigten Bühnen Krefeld / Mönchengladbach, am Düsseldorfer Schauspielhaus, dem Münchner Staatsschauspiel und den Münchner Kammer-spielen. Im Folgenden war Matthes an der Berliner Schaubühne, am Deutschen Theater in Berlin. Seit 2004 gehört er fest dem Ensemble des Deutschen Theaters an.

Nach ersten Kinorollen in Tom Tykwers »Winterschläfer« (1997), Frank Beyers »Abgehauen« (1998), Max Färberböcks »Aimée und Jaguar« (1999) und Volker Schlöndorffs »Der neunte Tag« (2004) gelang Matthes der endgültige Durchbruch mit Oliver Hirschbiegels »Der Untergang« (2004), in dem Matthes Joseph Goebbels verkörperte. Es folgten Rollen in Franziska Stünkels »Vineta« (2006) und in Christian Schwochows Diplomfilm »Novemberkind« (2008). Für Christian Schwochow stand Matthes einige weitere Male vor der Kamera, u. a. in »Die Unsichtbare« (2011), »Bornholmer Straße« (2014) und zuletzt in »München – Im Angesicht des Krieges« (2021). Weitere Rollen übernahm Matthes etwa in Volker Schlöndorffs »Das Meer am Morgen« (2011), Terrence Malicks »Ein verborgenes Leben« (2019), Ildikó Enyedis »Die Geschichte meiner Frau« (2021), mit Rick Ostermann verbinden ihn gleich drei Fernsehfilme »Fremnder Feind« (2017), »Freunde« (2021) und »2 Freunde« (2023)

Matthes hat neben der Schauspielerei auch regelmäßig Synchronrollen und Hörspiele gesprochen und Hörbücher eingelesen: für die Lesung von Vladimir Nabokovs Roman »Pnin« wurde er 2003 mit dem Deutschen Hörbuchpreis ausgezeichnet.

Von 2019 bis 2022 war Ulrich Matthes Präsident der Deutschen Filmakademie.