Hannelore Mattig startete für den TSC Berlin. 1966 und 1967 wurde sie DDR-Meisterin im Straßenrennen. Bei den UCI-Bahn-Weltmeisterschaften 1965 in San Sebastián wurde sie Vize-Weltmeisterin in der Einerverfolgung und im Jahr darauf, bei der Bahn-WM in Frankfurt am Main, Dritte in derselben Disziplin.