Theodor Mattenheimer erhält, wie sein Bruder Karl, die erste künstlerische Ausbildung bei seinem Vater. 1807 wird er von der Herzogin Maria Anna in Bayern an den König Max I. Joseph empfohlen, der von nun an seine Malerei fördert. 1817 wird Mattenheimer Galerieinspektor in Bamberg, 1823 übernimmt er das gleiche Amt in Augsburg. Anschließend wird er Direktor der dortigen Kunst- und Zeichenschule. Johann Georg von Dillis, erster Leiter der 1836 eröffneten Münchner Pinakothek, schätzte Mattenheimer ebenso als Maler wie auch als Restaurator und holt ihn als Inspektor an die Pinakothek. Theodor Mattenheimer spezialisiert sich schon früh gänzlich auf die Stilllebenmalerei. Im frühen 19. Jahrhundert gehört er damit zu den Pionieren eines Genres, das im 18. Jahrhundert deutlich an Bedeutung verloren hatte. Vor allem im süddeutschen Raum nimmt Mattenheimer diesbezüglich eine wichtige Vorreiterrolle ein, die vergleichbar prägend auf nachfolgende Künstlergenerationen wirkt wie Johann Wilhelm Preyer für die Düsseldorfer Schule. Mattenheimer schult seinen individuellen künstlerischen Stil insbesondere an den Gemälden der großen niederländischen Stilllebenmaler. Doch steht für Mattenheimer und Preyer weniger der Symbolgehalt der dargestellten Gegenstände im Vordergrund, wie es im 17. Jahrhundert üblich war, vielmehr orientiert er sich in erster Linie an der hochpräzisen, feinen Maltechnik der Niederländer und deren ausgewogener Gestaltung der gesamten Bildkomposition.