Маттеи родился в семье инженера Самуеле ди Лукка и Джулии Бандера. После принятия участия в Австро-итало-французской войне в 1859 году, его отец посвятил себя сельскому хозяйству. С раннего возраста Маттеи имел возможность наблюдать за природой и начал собирать коллекции насекомых и птиц. В 1884 году он поступил на факультет естественных наук в Болонском университете, где сориентировался на изучение ботаники и собрал богатый гербарий.