Musicien de formation - il est violoniste à l’Orchestre Impérial de Saint-Pétersbourg pendant plus de trente ans de 1882 à 1913 - Matiouchine ne s’initie aux techniques des arts plastiques que sur le tard, entre 1894 et 1905. En 1910, il fonde à Saint-Pétersbourg l’association de peintres Union de la Jeunesse. Il rencontre Kasimir Malevitch en 1912 comme les «futuraslaves» Maïakovski et Alexeï Kroutchenykh. Il est l’auteur de la musique de la pièce avant-gardiste La victoire sur le soleil.

Matiouchine a créé une théorie de la «vision élargie», décrivant l’évolution du regard humain à travers les époques. Il a écrit de nombreux articles sur la quatrième dimension et tire une partie de son inspiration théorique des considérations du mathématicien ésotérique Ouspensky. Il crée un groupe de travail le zorved, « voir-savoir » et cherche à vérifier sa théorie dans les ateliers expérimentaux d’enseignement d’art plastique, les Svomas, et plus tard à l’Inkhouk de Pétrograd.