Estudió en la facultad de Ciencias de la Información de la Universidad Complutense de Madrid, donde conoció a Alejandro Amenábar. En 1991 comienzan a trabajar juntos; Mateo Gil escribe los guiones de los cortometrajes de Amenábar.

Fruto de su buena relación laboral Mateo Gil se convirtió en el guionista de las películas de Amenábar Tesis (1996), Abre los ojos (1997) y Mar adentro (2004), Premio Goya al Mejor Guión Original. También adaptó el guión de Abre los ojos al de la producción norteamericana Vanilla sky (2001).

Dos años después Mateo Gil comienza a dirigir cortometrajes: Antes del beso (1993), Soñé que te mataba (1994) y Allanamiento de morada (1998), un drama protagonizado por Eduardo Noriega y premiado en los Festivales de Medina del Campo y Alcalá de Henares, entre otros.

El director canario estrena en 1999 su primer largometraje: Nadie conoce a nadie (1999), una película ambientada en la Semana Santa sevillana y protagonizada por Eduardo Noriega.

Ese año también trabaja como asistente de dirección en La lengua de las mariposas (1999), de José Luis Cuerda.

En 2006 rodó para televisión Regreso a Moira, protagonizada por el joven actor Juan José Ballesta. Este telefilme, que emitirá Telecinco, pertenece al proyecto de esta cadena titulado Películas para no dormir. En él participan también directores de la talla de Chicho Ibáñez Serrador, Álex de la Iglesia, Jaume Balagueró, Enrique Urbizu y Paco Plaza.

El pasado mes de septiembre, el director canario comenzó a rodar Pedro Páramo (2008), una adaptación de la novela homónima del escritor mexicano Juan Rulfo que cuenta con un presupuesto de 7,5 millones de €.