Né à Einville-au-Jard (Meurthe-et-Moselle), le 27 mai 1839.
Ordonné prêtre en 1863, François-Désiré Mathieu poursuivit parallèlement à sa carrière d’ecclésiastique une formation universitaire. Professeur d’histoire et de littérature au Petit séminaire de Pont-à-Mousson de 1860 à 1879, il soutint en 1878 une thèse sur L’Ancien régime dans la province de Lorraine et de Barrois et publia par la suite plusieurs ouvrages consacrés à la Lorraine et à l’histoire religieuse (Un romancier lorrain du XIIe siècle, Quelques pages de l’histoire ecclésiastique de la Lorraine au XIXe siècle, Le Concordat de 1801). Successivement aumônier des Dominicaines de Nancy de 1879 à 1890, curé doyen de Saint-Martin de Pont-à-Mousson de 1890 à 1893, puis chanoine honoraire. Il fut sacré évêque d’Angers en 1893 puis archevêque de Toulouse en 1896. En 1899, il devint Cardinal de curie.
Son élection à l’Académie française, juste après celle de Maurice Barrès, mettait une seconde fois la Lorraine à l’honneur sous la Coupole. Il fut élu le 21 juin 1906, sans concurrent, en remplacement du cardinal Perraud. On raconte que dans l’enthousiasme de son élection, il ne put attendre sa cérémonie de réception et se présenta à l’Académie, au mépris de tous les usages, la semaine suivant son élection, pour rendre visite à ses nouveaux confrères. C’est le 7 février 1907 qu’il fut reçu par le comte d’Haussonville.
Mort le 26 octobre 1908.