Né à Beverly Hills, en Californie, Matthew Vaughn fait ses études à Stowe School à Buckingham, en Angleterre. Entre Stowe et l'université, il prend une année sabbatique durant laquelle il voyage à travers le monde en suivant un "Hard Rock Café tour" avant de revenir à Los Angeles où il commence à travailler en tant qu'assistant-réalisateur. Il étudie ensuite l'anthropologie à l'université de Londres avant de décider de se tourner définitivement vers le cinéma. Une fois revenu à Los Angeles, il se rend très vite compte qu'il est loin d'être le seul à poursuivre des ambitions cinématographiques. Il préfère donc tenter sa chance en Angleterre. À 25 ans, le jeune homme prend les choses en main et produit le long-métrage Témoin innocent (1995), qui reçoit quelques bonnes critiques à défaut d'un succès au box-office.

Plus tard, le producteur rencontre, grâce à un ami, Guy Ritchie qui lui propose le script de Arnaques, crimes et botanique. Après un long processus lié au financement du projet, les deux partenaires présentent ce film de gangsters dans plusieurs festivals où il récolte plusieurs prix dont celui du "meilleur film indépendant britannique" en 1998. L'œuvre remporte également un succès notable au box-office, ce qui permet à Matthew Vaughn et Guy Ritchie de financer Snatch (2000), un film sur la criminalité au Royaume-Uni avec Jason Statham et Vinnie Jones (qui jouent pour la seconde fois sous la direction de Guy Ritchie) ainsi que Brad Pitt et Benicio Del Toro.

En 2002, Matthew Vaughn et Guy Ritchie produisent le premier long-métrage de Barry Skolnick, Carton rouge - Mean Machine, un film sur le football dans l'univers carcéral. La même année voit la sortie d'À la dérive, qui marque la fin du partenariat Vaughn/Ritchie. Le film, porté par Madonna, alors épouse de Ritchie, est un échec total et reçoit 5 Razzie Awards (récompenses des pires films de l'année).

Trois ans plus tard, Matthew Vaughn fait son premier essai en tant que réalisateur avec Layer Cake, racontant l'histoire de XXXX (Daniel Craig), un dealer de cocaïne respecté au sein de l'élite de la mafia anglaise, à qui l'on confie la mission difficile de retrouver la fille aînée d'un puissant criminel. Le film passe plutôt inaperçu mais convainc la Fox de proposer à Matthew Vaughn la réalisation de X-Men l'affrontement final. Si celui-ci refuse, il accepte en revanche de réaliser, pour la Paramount, l'adaptation du roman fantastique Stardust (2007), avec Robert De Niro et Michelle Pfeiffer. Le film est un échec commercial et critique.

En 2010, Matthew Vaughn rencontre enfin le succès avec l'adaptation du comics Kick-Ass. Cette comédie d'action sur un adolescent sans pouvoir qui décide de revêtir malgré tout le costume de super-héros révèle Aaron Taylor-Johnson et Chloë Grace Moretz. L'hyperviolence contrebalancée par un humour irrévérencieux séduisent et deviennent la marque de fabrique de Vaughn. Fort de ce succès, on lui confie dès l'année suivante la mise en scène de X-Men Le commencement sur la jeunesse du Professeur Xavier et de Magneto avec James McAvoy et Michael Fassbender. Ce retour aux sources pop et rétro (le film se déroule dans les années 1960) permet à la saga de retrouver un nouveau souffle. 

Désormais réalisateur établi, il ne renonce pas à la production et supporte au fil des années des métrages aussi différents que le film d'espionnage L'Affaire Rachel Singer ; la suite de Kick-Ass qu'il confie à Jeff Wadlow ; le reboot des 4 Fantastiques ; et les biopics Eddie The Eagle sur le plus mauvais skieur anglais et Rocketman, consacré à Elton John.

Il fait son retour derrière la caméra en 2015 avec Kingsman : Services secrets, qui dépoussière le genre parfois trop sérieux des films d'espionnage et met en lumière Taron Egerton. Encore une fois, le public est au rendez-vous et le plébiscite est tel que deux suites voient le jour : Le Cercle d'or (2017) et The King's Man : Première Mission (2021). En 2024, Matthew Vaughn réalise pour la première fois en dix ans un film qui ne soit pas un volet de la saga Kingsman. Pour autant, il reste dans le registre de la comédie d'espionnage et d'action avec Argylle, dans laquelle une écrivaine (Bryce Dallas Howard) se retrouve malgré elle embarquée dans une aventure qui dépasse les fictions qu'elle écrit.