Si diploma giovanissimo presso il Conservatorio della sua città, Como, sotto la guida di Giuseppina Mascheretti e Vincenzo Gallo. Si perfeziona con János Bálint presso l’Hochschule di Detmold in Germania, Jacques Zoon all’ Haute Ecole de Musique di Ginevra ottenendo il prestigioso “Diplome de Soliste”, con Emmanuel Pahud e Aurele Nicolet. Membro dell’Orchestra Mozart dal 2005, fondata e diretta da Claudio Abbado, ha ricoperto il ruolo di primo flauto nella London Philharmonic Orchestra, negli Essener Philharmoniker, nella Symphonica Toscanini e nella Gustav Mahler Jugendorchester; viene costantemente invitato come Primo Flauto dalle migliori orchestre europee (Bamberger Symphoniker, Swedish Radio Symphony Orchestra, Bergen Philharmonic Orchestra, BBC National Orchestra of Wales, Orchestra della Svizzera Italiana, Camerata Salzburg, Ensemble Les Dissonances, Orchestra Sinfonica di Tenerife, Teatro La Fenice di Venezia, Teatro dell’Opera di Firenze, Orchestra da Camera di Mantova, Teatro Carlo Felice di Genova, Teatro Regio di Torino…), e collabora assiduamente con l’Orchestra del Festival di Lucerna e la Mahler Chamber Orchestra. Lavora sotto la guida dei più grandi direttori, come Claudio Abbado, Herbert Blomstedt, Myung-Whun Chung, Sir John Eliot Gardiner, Daniele Gatti, Daniel Harding, Bernard Haitink, Neeme Jarvi, Vladimir Jurowski, Gustav Kuhn, Lorin Maazel, Kurt Masur, Andris Nelsons, Esa-Pekka Salonen, Robin Ticciati etc., e collabora con i più celebri musicisti del panorama internazionale (Marta Argerich, Alfred Brendel, Rudolph Buchbinder, Renaud Capucon, Giuliano Carmignola, Isabel Faust, Helene Grimaud, Thomas Hampson, Janine Jansen, Leonidas Kavakos, Radu Lupu, Viktoria Mullova, Anna Netrebko, Maria Joao Pires, Vadim Repin, Yuja Wang, etc).
Nel 2014 è tra i vincitori del prestigioso “Aurele Nicolet International Flute Competition”. Come camerista e solista viene invitato da importanti enti e festival in Italia e all’estero (Bologna Festival, Lingotto Musica, Stresa Festival, MiTo, Gioventù Musicale Italiana, Teatro Verdi di Trieste, Teatro Grande di Brescia, Accademia Filarmonica di Bologna, Festival di Portogruaro, Lucerne Festival, Septembre Musicale di Montreux, Theater Ulm, Schlosstheater Fulda, Festival de Lucena e Festival Arte no Camino, ecc). Da solista si esibisce con l’Orchestra Verdi di Milano, la Detmolder Kammerorchester, l’Orchestra Rumena “R.Valcea”, l’Orchestra 1813. Nel 2005 forma il Quintetto Fiati Papageno, con cui incide per Amadeus e si esibisce in tutta Europa. Professore invitato presso l’Hochschule di Detmold, il Conservatorio Nicolini di Piacenza, il Conservatorio di Bratislava, il Conservatorio Superiore di Saragozza, la Soochow University di Suzhou (Cina) e l’Associazione Al Kamandjati (Ramallah), dal 2013 tiene corsi estivi di perfezionamento a Varese, Piacenza e Corciano (Perugia). E’ nel team di insegnanti del network internazionale “Play With A Pro”.
Mattia Petrilli suona un Brannen-Cooper in Oro 14k con testata Lafin, e uno dei rarissimi esemplari Heynes creati nel 1999 in legno di coccus.