Балерина родилась 31 августа 1872 года в дачном посёлке Лигово. Её отец Феликс Кшесинский был солистом Мариинского театра.
В возрасте восьми лет Матильда Кшесинская поступила в Императорское театральное училище.
Балерина впервые увидела цесаревича Николая Александровича во время выпускного экзамена в 1890 году. Позже у них начнётся роман, который продлится до 1904 года.
Балерину приняли в балетную труппу Мариинского театра. Она до революции танцевала на императорской сцене.
Матильда Кшесинская танцевала в балетах Мариуса Петипа и Льва Иванова. Она исполняла роли Одетты-Одиллии в «Лебедином озере», Никии в «Баядерке» и другие.
В 1896 году артистка получила статус прима-балерины императорских театров. Матильда Кшесинская выступала в европейских столицах вместе с «Русскими сезонами» Сергея Дягилева. Она выходила на сцену в Париже, Лондоне, Вене и других городах.
Матильда Кшесинская первая среди русских танцовщиц исполнила на сцене 32 фуэте подряд.
Артистка воспитывала своего сына, Владимира. В 1921 году Матильда Кшесинская вышла замуж за великого князя Андрея Владимировича.
После революции балерина вместе с сыном эмигрировала во Францию. Она открыла в Париже свою балетную студию.
Матильда Кшесинская умерла в возрасте 99 лет. Её могила находится на русском кладбище Сен-Женевьев-де-Буа под Парижем.