Mathilda Roos föräldrar var översten vid Svea artilleriregemente Malte Leopold Roos (1806–1882) och Mathilda (Tilda) Beata Meurk (född 1821) och hon var sonsons dotter till Petrus Roos. Hon fick undervisning i hemmet och vid Åhlinska skolan, en privat flickskola.
Roos förblev ogift och bodde tillsammans med sin syster Anna och i perioder även med Laura Fitinghoff, med vilken hon uppförde huset Furuliden i Stocksund. Det blev senare ett vilohem för kvinnor.
Mathilda Roos romaner handlar oftast om kvinnofrågor och missförhållanden i samhället. Hon var inte rädd för att ta upp på den tiden känsliga ämnen och således handlar Den första kärleken om lesbisk kärlek. En religiös kris på 1880-talet färgar de senare böckerna. I romanen Hvit ljung tar hon upp lärarinnornas usla livsvillkor och en våldtäkt. Detta anses ha medverkat till ett regeringsbeslut som starkt förbättrade lärarinnornas lönevillkor. I tre kvinnopolitiska pamfletter bemötte hon Ellen Keys idéer, 1896Ett ord till fröken Ellen Key och till den svenska kvinnan.
Glädjeblomster: berättelser för de små. Stockholm: Fosterlandsstift. 1905. Libris8223787 - Illustrationer av Jenny Nyström.
Varia
"Kommen till mig!": några tankar. Stockholm: Alb. Bonnier. 1892. Libris8222514
"Egoism" och "lycksalighet": några tankar med anledning af fröken Keys artikel "En förklaring" i Svensk Tidskrift. Stockholm: Alb. Bonnier. 1894. Libris8222508
Icke att jag redan har fattadt det ... men jag far därefter ...: en psykologisk studie efter bibeln. Stockholm: Fost.-stift. 1896. Libris8222762
Klippmannen: en studie efter bibeln. Stockholm: Fost.-stift. 1896. Libris8222998
Del 3, Hennes son : berättelse (2. uppl). 1908. Libris8255711
Del 4, Genom skuggor : en nutidsskildring (3. uppl). 1908. Libris8255705
Del 5, Djupets sagor : berättelser (2. uppl). 1909. Libris8255704
Del 6, Maj : en familjehistoria (2. uppl). 1909. Libris8255706
Del 7, Helgmålsklockan : skildring från Norrland (2. uppl). 1910. Libris8255710
Del 8, Familjen Verle (2. uppl). 1910. Libris8255703
Del 9, Från norrskenets land : sägner och tilldragelser (2. uppl). 1911. Libris8255707
Del 10, Saulus af Tarsus : en själs historia tecknad efter bibeln (2. uppl). 1911. Libris8255708
Del 11, Lifsbilder : berättelser (2. uppl). 1911. Libris8255709
Två berättelser om kärlek. Normal klassiker. Stockholm: Normal. 2006. Libris10031461. ISBN 91-85505-04-8 - Innehåll: Den första kärleken av Mathilda Roos; Också en kärlekshistoria av Vilhelmine Zahle.
Heggestad, Eva (1991). Fången och fri: 1880-talets svenska kvinnliga författare om hemmet, yrkeslivet och konstnärskapet. Uppsala: Avd. för litteratursociologi vid Litteraturvetenskapliga institutionen, Univ. Libris7746142. ISBN 91-85178-19-5
Nordlinder, Eva (1993). ”"Socialismens blomma i lifvet": arbetarfrågan i Mathilda Roos senare produktion”. Läsebok / Carina Lidström (red.) ; redaktionskommitté: Boel Westin ... (Stockholm : B. Östlings bokförl. Symposion, 1993): sid. 187-198, 305.Libris1996026
Samuelsson, Jenny (1996). Skisser och berättelser: om kvinnoproblematiken i noveller ur Elin Ameens, Mathilda Roos' och Sophie Elkans 1880-talsproduktion. Göteborg: Univ., Litteraturvetenskapliga inst. Libris9219885
Sarri, Margareta (1982). Kärlek eller arbete?: om "Kvinnofrågan" hos Mathilda Roos - "Sveriges utan gensägelse främsta författarinna". Stockholms universitet. Litteraturvetenskapliga inst. Libris12655638
Storckenfeldt, Sigrid (1908). Mathilda Roos: lefnadsteckning hämtad ur hennes bref och dagboksanteckningar. Stockholm. Libris1510218