Roberta Mattei nasce a Roma nel 1983 e inizia a studiare recitazione nel 1999 sotto la guida di Flavio Albanese. Nel 2008 si diploma alla scuola nazionale di cinema. Molto attiva in teatro, esordisce in televisione con la sitcom Sweet India nel 2006 ed inizia a prendere parte in alcuni piccoli ruoli a serie televisive come R.I.S. Roma – Delitti imperfetti e Don Matteo. Nel 2014 interpreta Lucia Monti nella miniserie L’ultimo papa re.

Il suo primo ruolo al cinema arriva nel 2015, quando dà il volto ad uno dei personaggi principali del film Non essere cattivo di Claudio Caligari, presentato fuori concorso alla 72ª Mostra internazionale d’arte cinematografica di Venezia. L’anno successivo è nuovamente al cinema nel ruolo di Annarella, la compagna tossicodipendente del personaggio interpretato da Stefano Accorsi in Veloce come il vento, per il quale viene candidata al David di Donatello per la migliore attrice non protagonista 2017.