Matthew Barley wurde in London geboren und studierte an der Guildhall School of Music and Drama in London sowie am Moskauer Konservatorium. Sein Londoner Konzertdebüt gab er mit dem Cellokonzert von Schostakowitsch in der Barbican Hall, begleitet vom London Symphony Orchestra, als Finalist des LSO-Shell-Wettbewerbs. Seine erste CD, „The Silver Swan“ (Black Box), erschien 2003 und war eine Zusammenstellung von Stücken für mehrspurig aufgenommene Celli, die er allesamt selbst einspielte und dabei innovative Techniken der Stimmenüberlagerung ohne elektronisches Clicktracking anwandte. Seine nächste CD, „Reminding“, enthielt sowjetische Musik für Cello und Klavier und wurde im September 2005 von Quartz veröffentlicht.
Als Solist und Kammermusiker trat er in über 50 Ländern auf, unter anderem mit dem BBC Philharmonic Orchestra, dem BBC Scottish Symphony Orchestra, dem Czech Philharmonic Orchestra, der Hong Kong Sinfonietta, dem Melbourne Symphony Orchestra, dem Netherlands Radio Symphony Orchestra, dem New Zealand Symphony Orchestra, dem Royal Liverpool Philharmonic Orchestra und dem Royal Scottish National Orchestra unter Dirigenten wie Marin Alsop, Thomas Dausgaard, Tan Dun, Charles Hazlewood, Markus Stenz, Yan Pascal Tortelier und Ilan Volkov.
Er trat bereits bei Festivals in Luzern, Schleswig-Holstein, beim Bonner Beethovenfest, in Hongkong, im Lanaudière, in Abu Dhabi, Krakau und in der City of London sowie in einigen der bedeutendsten Konzerthäuser der Welt auf: der Wigmore Hall und der Royal Albert Hall in London, dem Concertgebouw in Amsterdam, der Kumho Hall in Korea, der Casals Hall in Tokio, dem Rudolfinum in Prag und dem Teatro Colón in Buenos Aires. Ein zentrales Merkmal seiner Liederabende ist die ungewöhnliche Kombination von Repertoire, beispielsweise Bach-Suiten mit Jazz und Improvisation. Sein besonderes Interesse gilt der Musik mit elektronischen Elementen; er gab Werke bei zahlreichen Komponisten in Auftrag, darunter Dai Fujikura, Peter Wiegold, DJ Bee, John Metcalfe und Jan Bang. Darüber hinaus spielte er Uraufführungen von Werken, die eigens für ihn komponiert wurden, unter anderem von James MacMillan, Thomas Larcher, Detlev Glanert, John Woolrich und Fraser Trainer.
Zu Barleys klassischen Kooperationen zählen die mit Matthias Goerne, den Labeque Sisters, Martin Fröst, Viviane Hagner und Thomas Larcher. Zu seinen nicht-klassischen Kooperationen zählen die mit Avi Avital, Manu Delago, Ustad Amjad Ali Khan, Jon Lord (Deep Purple), Talvin Singh, Sultan Khan, Nitin Sawhney, Django Bates sowie den Jazzpianisten Julian Joseph und Nikki Yeoh.
Im Jahr 2013 tourte Barley durch Großbritannien, um den hundertsten Geburtstag von Benjamin Britten zu feiern, und gab im Laufe des Jahres 100 Konzerte und Workshops.