Après avoir obtenu le Diplôme de Lycée artistique en 1986, Matteo travaille comme assistant-opérateur pour se consacrer ensuite à la réalisation. En 1996, il remporte le Prix du Meilleur court-métrage au Sacher Festival pour Silhouette, et signe l'année suivante la mise en scène de son premier long métrage, Terra Di Mezzo, lauréat du Prix Spécial du Jury et du Prix Cipputi au Festival du Cinéma Jeunes à Turin. En 1998, il tourne le documentaire Oreste Pipolo, fotografo di matrimoni ainsi que Les Hôtes, un drame abordant le thème de l'immigration clandestine.

Son troisième long métrage, Estate Romana, réalisé en 2000, fait partie de la Sélection officielle du Festival de Venise, mais c'est avec L'Etrange Monsieur Peppino, présenté à la Quinzaine des Réalisateurs à Cannes, qu'il remporte un vif succès auprès de la critique et du public. Cette variation sur le thème de La Belle et la Bête décroche notamment les David de Donatello du Meilleur scénario et du Meilleur second rôle. En 2005, Matteo Garrone concourt pour la première fois de sa carrière au Festival de Berlin avec Premier amour et se voit attribuer l'Ours d'argent de la Meilleure musique.

Par la suite, il remporte le Grand Prix décerné à Cannes en 2008 pour Gomorra, l'adaptation du best-seller homonyme de Roberto Saviano sur l'univers mafieux de la Camorra. Le film triomphe lors des European Film Awards où il rafle pas moins de six récompenses dont celles de Meilleur Film et de Meilleur Réalisateur. Il sera également nommé aux Golden Globes, aux Baftas puis aux César.

Parallèlement à cela, il produit Le Déjeuner du 15 Août, premier film de Gianni Di Gregorio, puis fait son retour à Cannes lors de l'édition de 2012 pour sa nouvelle réalisation, Reality, une plongée dans l'univers de la téléréalité italienne. Il y est à nouveau récompensé du Grand Prix du Jury. En grand habitué de la Croisette, il présente en 2015 The Tale of Tales, son adaptation du "Conte des Contes" de Giambattista Basile, qui mêle habilement univers réel et fantastique, deux éléments qui constituent l'essence même de son cinéma. Le film est porté par Vincent Cassel et Salma Hayek.

Trois ans plus tard, Matteo Garrone livre Dogman, un film dans lequel un sympathique toiletteur pour chiens est persécuté par un boxeur cocaïnomane et ultra-violent. Ce long métrage très noir se déroulant dans un Naples gangréné par la mafia est auréolé par la critique (Marcello Fonte, l'interprète principal inconnu, reçoit le Prix d'interprétation masculine au Festival de Cannes). Il revient ensuite à l'univers du conte avec sa propre relecture de Pinocchio, avec Roberto Benigni dans la peau de Geppetto. Le long métrage, assez sombre, sort directement sur la célèbre plateforme Amazon Prime.

En 2023, le metteur en scène italien s'attaque à une thématique très actuelle avec son nouveau film Moi capitaine : le parcours des migrants d'Afrique vers l'Europe. Ce drame très réaliste et documenté obtient le Lion d'argent du meilleur réalisateur à la Mostra de Venise 2023, ainsi que le Prix Marcello Mastroianni du meilleur espoir pour Seydou Sarr à cette même cérémonie.