D’abord enseignant-chercheur, Mathilde Lemoine a travaillé ensuite dans plusieurs cabinets ministériels, notamment en qualité de conseiller pour la macro-économie et la fiscalité auprès du Premier ministre. De 2006 à 2015, elle exerce les fonctions de directeur des études économiques et de la stratégie marchés d’HSBC France. Depuis 2013, elle siège au Haut conseil des finances publiques. Administratrice de Carrefour et de l’ENS, elle enseigne parallèlement la macro-économie à l’IEP de Paris.