Bekannt wurde er seit den 1940er Jahren mit seinen akstrakten, impulsiven Werken, die er ab 1954 häufig in der Öffentlichkeit kreierte. So feierte er etwa 1956 im Théâtre Sarah-Bernhardt eine künstlerische Aktion, bei der er vor rund 2000 Zuschauern mit Farbe aus 800 Tuben ein vier mal zwölf Meter großes Gemälde innnerhalb einer halben Stunde anfertigte.

Seine Werke sind dem Tachismus zuzuordnen. Mathieu selbst bezeichnete seine Kunst als "abstraction lyrique", "lyrische Abstraktion". Die Bilder wurden unter anderem auf Ausstellungen in New York und Paris gezeigt, 1959 waren sie auch auf der Documenta in Kassel zu sehen.