Normalienne, agrégée d’anglais, Mathilde Arnavon a été, notamment, professeure de langue et de littérature française au Department of Romance Languages and Literatures à l’université d’Harvard (2002-2004), puis professeure d’anglais à l’École pratique des hautes études (Ehess) de la Sorbonne en 2005-2006.
Conseillère auprès du président de l’Institut national de l’audiovisuel, responsable des relations internationales et du développement stratégique de l’école supérieure de l’audiovisuel et du numérique (Ina’Sup) de 2006 à 2007, elle a été chargée de mission, chargée des discours et de la veille intellectuelle et culturelle, au cabinet de Laurent Wauquiez au secrétariat d’État chargé de l’Emploi, de mars 2008 à mars 2009. Mathilde Arnavon était, depuis lors, conseillère chargée de l’identité nationale et de la citoyenneté au cabinet du ministre de l’Immigration, Brice Hortefeux, puis Éric Besson.