Matthias Ambrosius wurde 1975 in Bernkastel-Kues geboren und wuchs in Wittlich-Lüxem auf. Von 1992 bis 1998 war er Saxophonist des Bundes-Jugend-Jazz-Orchesters unter der Leitung von Peter Herbolzheimer. Als Pianist erlangte er 1997 einen 1. Preis als Klavierbegleiter beim Bundeswettbewerb "Jugend Musiziert".
Nach einer Ausbildung zum Bankkaufmann erhielt Matthias Ambrosius zunächst privaten Klarinettenunterricht bei Karl-Heinz Steffens, bevor er in dessen Klarinettenklasse an der Musikhochschule Hannover aufgenommen wurde. Nach einem Wechsel an die Musikhochschule Weimar setzte er sein Studium bei Martin Spangenberg fort. 2003 beendete er sein künstlerisches Studium mit dem Diplom und der Option zur Meisterklasse.
Ab 1999 spielte Matthias Ambrosius als Aushilfe und als Stipendiat der Orchesterakademie im Symphonieorchester des Bayerischen Rundfunks. 2001 schloss sich ein fester Aushilfsvertrag als Bassklarinettist im Münchener Rundfunkorchester an. Als Soloklarinettist spielte er am Staatstheater Karlsruhe, im Münchner Rundfunkorchester und in der Sächsischen Staatskapelle Dresden und gastierte beim RSO Stuttgart, der Staatsoper München und dem Symphonieorchester des Bayerischen Rundfunks. Seit Mai 2010 ist er als zweiter Klarinettist Mitglied der Münchner Philharmoniker.
Seine Tätigkeit als Klarinettist und Saxophonist erstreckt sich weiter auf solistische und kammermusikalische Engagements in verschiedenen Ensembles, wie z.B. Sharoun Ensemble der Berliner Philharmoniker, Ensemble Modern, Ensemble Kontraste, Bach Collegium München, Münchner Kammerorchester, Ensemble Amadée. Als Solist spielte er beim Schleswig-Holstein Musik Festival und bei der Münchener Biennale.