Mathieu começou no tênis com apenas três anos de idade, e em 1997 já treinava para ser profissional na Flórida. No ano de 2000, Paul-Henri ganhou o Roland-Garros júnior, superando o espanhol Tommy Robredo.
Mathieu disputou seu primeito torneio do Grand Slam em 2001, alcançando as quartas-de-finais em Roland-Garros. Em 2002 decidiu o título da Copa Davis pela França contra a Rússia, mas acabou perdendo para Mikhail Youzhny na partida decisiva; em 2002 ainda ganhou em Lyon, vencendo Gustavo Kuerten na final. Nas temporadas seguintes, apenas conseguiu bons resultados, mas ainda não repetiu o feito de juvenil de ganhar um Grand Slam. Em 2008 conquista seu melhor ranking (12°) na ATP corrida de entradas.
Desempenho em Torneios
Simples
Finais Vencidas (4)
Legenda
Grand Slam (0)
Tennis Masters Cup ATP World Tour Finals (0)
ATP Masters Series ATP World Tour Masters 1000 (0)
ATP International Series Gold ATP World Tour 500 Series (0)
ATP International Series ATP World Tour 250 Series (4)