Mathilde var datter av teologiprofessor Edvard Myhre Munch (1836–1900) og Anne Helene Borchsenius (1838–1916). Faren var søskenbarn av maleren Edvard Munch. Moren var datter av Fredrik Charlow Borschenius, som var både fogd og amtmann i Nedre Telemarken fogderi. Foreldrene hadde giftet seg 1862 på morens hjemsted Solum, som i dag er en del av Skien kommune. Faren var, ifølge lokalhistorikere, oppført som «landsteolog».