Mati Diop s-a născut la 22.06.1982, în Paris, Franța. Tatăl ei, Wasis Diop, este un muzician senegalez, iar mama ei, Christine Brossard, este cumpărătoare de artă și fotograf. Ea este nepoata regizorului Djibril Diop Mambety. În timpul copilăriei ei, a călătorit adesea între Franța și Senegal. Diop s-a pregătit la Studioul Național de Artă Contemporană Le Fresnoy din Franța și la Palais de Tokyo în spațiul lor de studio pentru artiști experimentali, Le Pavillon. Ea este actriță, scenaristă și regizoare de film, activă din 2004. Diop a fost bursier la Institutul Radcliffe pentru Studii avansate din 2014 până în 2015. În timp ce făcea parte din programul selectiv de burse al centrului de studii de film al institutului, ea a scris scenariul primului ei lungmetraj Fire, Next Time. Mai târziu, ea a schimbat titlul acestui film în ceea ce este acum cunoscut sub numele lungmetrajului ei de debut regizoral, Atlantics (2019). Diop și-a făcut debutul regizoral în 2004 cu scurtmetrajul Last Night (2004). Scurtmetrajul ei Atlantiques (2009) a câștigat premiul Tiger pentru scurtmetraj al Festivalului Internațional de Film de la Rotterdam și un premiu de top la Festivalul de Film Media City în timpul primei sale apariții în America de Nord, în 2009. Scurtmetrajul ei documentar Mille Soleils a fost lansat în 2013. Filmul s-a concentrat pe actorul Magaye Niang, care a fost vedeta lungmetrajului fundamental al unchiului lui Diop, Touki Bouki (1973). În 2019, a devenit prima femeie de culoare care a avut premiera filmului în competiție la Festivalul de Film de la Cannes, când debutul său în lungmetraj Atlantics a fost selectat pentru a concura pentru Palme d’Or. Filmul a fost o adaptare fictivă a scurtmetrajului ei documentar Atlantiques din 2009. Filmul a câștigat Marele premiu. Diop a regizat un documentar, In My Room, ca parte a seriei Women’s Tales, a lui Miu Miu, care combina înregistrările audio ale bunicii ei materne, Maji, cu imagini filmate de Diop în apartamentul ei parizian în perioada în care a fost în carantină în timpul COVID-2020. Lucrarea lui Diop a fost prezentă la Festivalul de Film de la Veneția, Festivalul de Film de la New York, Festivalul de Film BFI de la Londra, în 2012, la Festivalul Internațional de Film Valdivia, la Muzeul Imaginii în Mișcare, în 2013. În 2024, a câștigat Ursul de Aur la Berlinale cu documentarul Dahomey, dedicat problemei retrocedării de către Franța a operelor de artă furate din Dahomey, actualul Benin. Diop și-a făcut debutul în actorie în filmul 35 Shots of Rum (2008). Ea a primit o nominalizare la Premiul Lumieres pentru cea mai promițătoare actriță. În 2012, ea a apărut în filmul Simon Killer, și a fost, de asemenea, creditată cu povestea din spatele scenariului. Diop folosește aspecte ale realismului magic în filmele sale, Atlantics (2019), Snow Cannon (2011) și Big in Vietnam (2012). Ea este interesată de multiculturalism și multilingvism în film, deoarece filmele ei sunt adesea în două sau trei limbi diferite.