Po raz pierwszy na arenie międzynarodowej Mattis Stenshagen pojawił się 14 grudnia 2012 roku w Sjusjøen, gdzie w zawodach juniorskich zajął 36. miejsce w biegu na 10 km techniką dowolną. W 2015 roku wystartował na mistrzostwach świata juniorów w Ałmaty, gdzie był między innymi ósmy w sprincie techniką klasyczną. Na rozgrywanych rok później mistrzostwach świata juniorów w Râșnovie wraz z kolegami z reprezentacji zwyciężył w sztafecie. Na tej samej imprezie był także drugi w biegu na 15 km stylem dowolnym, przegrywając tylko z Rosjaninem Iwanem Jakimuszkinem. W zawodach Pucharu Świata zadebiutował 2 grudnia 2016 roku w Lillehammer, zajmując 35. miejsce w sprincie stylem klasycznym. Pierwsze pucharowe punkty wywalczył dzień później, zajmując 24. miejsce w biegu na 10 km techniką dowolną. W 2018 roku wywalczył złoty medal na dystansie 15 km klasykiem podczas mistrzostw świata młodzieżowców w Goms.