Absolwent Akademii Teatralnej im. Aleksandra Zelwerowicza w Warszawie, Filii w Białymstoku; współzałożyciel Teatru PAPAHEMA – teatru niezależnego, z którym zrealizował do tej pory czternaście spektakli, regularnie współpracując z Teatrem Dramatycznym im. Aleksandra Węgierki w Białymstoku, Teatrem Żydowskim im. Estery Rachel i Idy Kamińskich w Warszawie, Teatrem Miejskim w Gliwicach oraz Teatrem Polonia w Warszawie i Teatrem WARSawy. W ostatnich latach aktor pojawiał się również na scenach Teatru im. A. Mickiewicza w Częstochowie i Teatru Rampa w Warszawie. W styczniu 2022 roku dołączył do zespołu aktorskiego Teatru Ludowego w Krakowie.
Laureat przyznawanej przez ZASP nagrody na najlepszego aktora 11. Forum Młodej Reżyserii za rolę w spektaklu „Będzie znak” w reż. Gosi Dębskiej; zdobywca wielu nagród zespołowych, m.in.: III nagrody jury 20. Festiwalu Szekspirowskiego w Gdańsku w nurcie SzekspirOFF za spektakl „Macbett”, nagrody publiczności i nagrody gazety festiwalowej „Shakespeare Daily” na 21. Festiwalu Szekspirowskim w Gdańsku w nurcie SzekspirOFF za spektakl „Poskromienie złośnicy”, I nagrody jury XXII Ogólnopolskiego Festiwalu Komedii TALIA w Teatrze im. Ludwika Solskiego w Tarnowie i nagrody publiczności 26. Alternatywnych Spotkań Teatralnych KLAMRA w Toruniu za spektakl „Skłodowska. Radium Girl” w reż. Agaty Biziuk, a także wyróżnienia jury młodzieżowego i Nagrody Stefanii Wilczyńskiej na 23. Międzynarodowym Festiwalu Teatrów dla Dzieci i Młodzieży KORCZAK za spektakl „Ostatni syn” w reż. Przemysława Jaszczaka oraz Nagrody Artystycznej Prezydenta Miasta Białegostoku (2019). Mateusz Trzmiel otrzymał również Nagrodę Ministra Kultury i Dziedzictwa Narodowego za osiągnięcia w twórczości artystycznej (2014), Stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za wybitne osiągnięcia (2014), a także Stypendium Artystyczne Prezydenta Miasta Białegostoku „Młodzi Twórcy” (2015) oraz Stypendium Artystyczne Prezydenta Miasta Częstochowy (2018).
Współpracował z m.in.: Natalią Korczakowską („Dziady III”), Igorem Gorzkowskim („W starych dekoracjach”), Agatą Biziuk („Skłodowska. Radium Girl”, „Babcia mówi pa, pa” – również w ramach Teatroteki WFDiF, „PeKiN”, „Wpuść mnie. Dokądkolwiek pójdziemy, będzie szedł za nami”), Norbertem Rakowskim („Amadeusz”), Przemysławem Jaszczakiem („Alicja po drugiej stronie lustra”, „Ostatni Syn”, „Wojna. Trzęsienie rodziny”), Gosią Dębską („Będzie znak”, „Madagaskar”), Mateuszem Przyłęckim („Macbett”), Łukaszem Lewandowskim („Moral insanity. Tragedia ludzi głupich”), Jerzym Machowskim („Niezwykły lot pilota Pirxa”) oraz Teatrem Montownia („Calineczka dla dorosłych”, „Niepodległość słoików”) i Teatrem Malabar Hotel („Wesele”).
W 2018 roku wyróżniony przez Jacka Sieradzkiego w corocznym „Subiektywnym spisie aktorów teatralnych” w kategorii Nadzieja.
W Teatrze Miejskim w Gliwicach występuje w spektaklach Amadeusz w reżyserii Norberta Rakowskiego, Wpuść mnie w reżyserii Agaty Biziuk oraz Niezwykły lot pilota Pirxa w reżyserii Jerzego Machowskiego.
