Matheas Christianus Franciscus van der Meulen, die zich sinds 1910 Matthijs Vermeulen noemde, werd geboren op 8 februari 1888 in Helmond, destijds een stadje met opkomende industrie aan de rand van de straatarme Peel. Zijn ouders, beide van bescheiden komaf, begonnen er een smederij annex handel in ijzerwaren. Matthijs, oudste zoon, hielp ijverig mee met het smidswerk en zou na de lagere school in de voetsporen van zijn vader treden. Tijdens het herstel van een ernstige ziekte kreeg zijn neiging tot het spirituele de overhand en gaf hij te kennen priester te willen worden. De keuze viel op het seminarie van de orde der Norbertijnen, gevestigd in de abdij van Berne te Heeswijk. Daar kreeg de muziek, die tot dan toe nauwelijks een rol in zijn leven had gespeeld, hem van het ene moment op het andere – hij was toen veertien jaar – totaal in haar greep. Hij nam les bij L.A. Dobbelsteen, een priester die zich bij het componeren van kerkmuziek liet inspireren door de polyfonie van de Renaissance. Leidraad bij het onderricht was het zestiende-eeuws contrapunt (van Palestrina in het bijzonder), hetgeen voor Vermeulens vorming van grote betekenis is geweest.
Toen er na twee jaar een einde kwam aan de lessen, liet Vermeulen zich overplaatsen naar de school van zijn jongere broer Christiaan: een Franstalig Jezuïeten-internaat in het Belgische Thieu, waar jongeren van verschillende nationaliteiten voor missionaris werden opgeleid. De leiding kwam echter al spoedig tot het inzicht dat de seminarist de ware roeping miste. Na één studiejaar, waarin Vermeulen een grondige scholing ontving in de klassieke schrijvers en vloeiend Frans leerde spreken, hoefde hij niet meer terug te komen. Vermeulen maakte de middelbare school niet af; vanaf mei 1906 bleef hij thuis om zich door zelfstudie op het kunstenaarsbestaan voor te bereiden.
Op 19-jarige leeftijd trok hij naar Amsterdam, waar hij zijn compositieproeven voorlegde aan de directeur van het Conservatorium, Daniël de Lange. Deze onderkende Vermeulens talent en besloot hem gratis les te geven. Daar Vermeulen, arm als hij was, geen kaartje voor een concert kon kopen, bestond het contact met de levende orkestklank uit de flarden muziek die men tijdens de openluchtconcerten aan de hekken van de toenmalige tuin van het Concertgebouw kon opvangen. Veel tijd bracht hij studerend door, op zijn kamer of in de Universiteitsbibliotheek.
Vermeulen betrad het openbare leven als scribent. In 1909 werd hij recensent bij het katholieke dagblad De Tijd en ontwikkelde opvallend snel een zelfstandige toon. Op aanbeveling van Alphons Diepenbrock nam het weekblad De Amsterdammer (De Groene) hem in oktober 1910 in dienst. Dat seizoen schreef Vermeulen in drie bladen, omdat ook de NRC hem als correspondent aanstelde.
De kennismaking met Diepenbrock was het begin van een langdurige relatie. De 26 jaar oudere componist werd Vermeulens mentor. Hij leende hem boeken en partituren, becommentarieerde zijn artikelen, gaf adviezen en bronnenaanwijzingen voor het voeren van polemieken. Vooral in Vermeulens behandeling van de antithese tussen de 'Germaanse' en de 'Latijnse' geest in de kunsten is de invloed van Diepenbrock merkbaar. Tijdens deze 'lessen' illustreerde Diepenbrock zijn inzichten met fragmenten muziek die hij op zijn Erard speelde.
In korte tijd werd Vermeulen een man van gezag. Met Willem Mengelberg, die hij als dirigent hoogschatte maar als muzikaal leider van de belangrijkste concertinstelling van het land, de NV Het Concertgebouw, tekort vond schieten wegens zijn eenzijdige gerichtheid op de Duitse muziekcultuur, ging hij – zelf een pleitbezorger van de nieuwe Franse muziek – de confrontatie aan. Zijn kritiek werd hem niet in dank afgenomen en bezorgde hem op den duur de faam Mengelbergs tegenstander te zijn. Ongetwijfeld hebben Vermeulens ervaringen met hetgeen in die jaren op het podium van het Concertgebouw ten gehore werd gebracht (premières van Mahlers Achtste Symfonie en Das Lied von der Erde, bevlogen uitvoeringen van Debussy, Bruckner, Diepenbrock, Strauss, Schönberg, Moussorgsky en Skrjabin) bijgedragen aan de rijke instrumentatie van zijn Eerste Symfonie, de zonnige en jeugdige Symphonia Carminum, die hij tussen 1912 (zomer) en 1914 componeerde.
Na het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog in augustus 1914 meldde Vermeulen zich bij de redactie van De Tijd als oorlogscorrespondent om verslag te doen vanaf het front. Gedetailleerd beschreef hij de verwoestingen in België en Noord-Frankrijk. Het aanschouwen van de zinloze, stelselmatige vernietiging van mensenlevens en cultuurbezit bevestigde hem in de anti-Duitse gevoelens die eerder in gesprekken met Diepenbrock waren gewekt. Terug in Amsterdam liet Vermeulen regelmatig echo's van die afkeer in zijn recensies doorklinken; voor hem waren cultuur en politiek niet te scheiden. In 1915 stapte hij van De Tijd en De Groene over naar het destijds progressieve en anti-Duitse dagblad De Telegraaf, waar hij hoofd van de afdeling 'Kunst en Letteren' werd.
In oktober 1915 legde Vermeulen zijn Eerste Symfonie voor aan Mengelberg. Deze liet hem een jaar in gespannen afwachting alvorens het werk af te wijzen met de denigrerende raad bij Cornelis Dopper in de leer te gaan. Gezien de machtige positie van de dirigent hield Mengelbergs verdict een veto voor Amsterdam in.
In 1917 componeerde Vermeulen vier liederen, alle geïnspireerd – zij het in verschillende nuances – door de oorlog: On ne passe pas voor tenor en piano (Victor Le Jeune), Les filles du roi d'Espagne voor mezzosopraan en piano (Paul Fort), The Soldier voor bariton en piano (Rupert Brooke) en La veille voor mezzosopraan en piano (François Porché). Achter het pseudoniem 'Victor Le Jeune, soldat au front' ging Elisabeth Diepenbrock-de Jong van Beek en Donk schuil, Diepenbrocks echtgenote met wie Vermeulen een stormachtige verhouding had die een jaar duurde.
In december 1917 leerde Vermeulen zijn toekomstige vrouw kennen, Anna Wilhelmina Célestine (Anny) van Hengst, geboren te Telok Betong (Sumatra) op 15 februari 1889). Zij trouwden op 21 maart 1918. In mei van dat jaar begon hij aan zijn Eerste Cellosonate, die hij vier maanden later voltooide. In dezelfde tijd stelde hij onder de titel De Twee Muzieken twee bundeltjes van artikelen samen voor een serie over Franse kunst.
Opgekropte ergernis over het uitblijven van substantiële verandering in de programmering deed Vermeulen op 24 november 1918, na de uitvoering (de tweede binnen een jaar) van Doppers Zuiderzeesymfonie, de kreet "Leve Sousa" de zaal in slingeren. Deze kreet veroorzaakte een enorm tumult. Men dacht dat Vermeulen "Leve Troelstra" had geroepen, in de oren van de gemiddelde concertbezoeker een provocatie: de socialist Pieter Jelles Troelstra had juist een week tevoren in het parlement de revolutie van het proletariaat aangekondigd. Het bestuur van het Concertgebouw gebood Vermeulen daarop de zaal te verlaten en ontzegde hem voorlopig de toegang. Na de rel volgden verscheidene roerige concerten. Op één daarvan werden voorstanders van Vermeulens visie met harde hand verwijderd. Onder druk van de publieke opinie werd de criticus weer toegelaten.
In de langdurige polemiek over het incident betrokken tegenstanders van Vermeulen ook diens Eerste Symfonie. Zij insinueerden dat Mengelberg haar niet had willen spelen om de onervaren componist gezichtsverlies te besparen. Vermeulen zag zich genoodzaakt het werk ten gehore te laten brengen, zodat publiek en critici zelf een oordeel konden vellen. Op 12 maart 1919 werd de 'symfonie van de criticus' door Richard Heuckeroth, dirigent van de Arnhemsche Orkestvereeniging, ten doop gehouden. De uitvoering was miserabel: er werd gespeeld uit ongecorrigeerde partijen, met een door de Spaanse griep gedecimeerde bezetting. Desondanks bleef het stuk overeind; sommige recensies waren zelfs onverdeeld positief. Maar de auteur heeft de herhaling in Nijmegen niet willen bijwonen.
Het werk als criticus ging Vermeulen steeds zwaarder vallen, nadat hij in juni 1919 aan zijn Tweede Symfonie, Prélude à la nouvelle journée, was begonnen. In de zomer van 1920 nam hij ontslag om zich volledig aan het componeren van dit revolutionaire werk te kunnen wijden. Vrienden organiseerden een financiële ondersteuning voor twee jaar en stelden een huisje in Hollandsche Rading ter beschikking, waar hij in december 1920 zijn Tweede Symfonie voltooide. Eind maart van het volgende jaar startte hij met de Derde Symfonie. In die tijd had Vermeulen intensief contact met Willem Pijper.
In april 1921 deed Vermeulen een laatste schriftelijke poging Mengelberg voor zijn werk te interesseren. Mengelberg zweeg evenwel in alle talen, waarna Vermeulen overging tot publicatie van zijn brieven onder de titel "Bijdragen tot de muziekgeschiedenis van dezen tijd" (De Nieuwe Kroniek, 7 mei 1921). Vervolgens besloot hij naar Frankrijk te emigreren, waar hij een gastvrij klimaat en gelijkgestemde geesten veronderstelde. In juli 1921 verhuisde Vermeulen met vrouw en twee kinderen naar La Celle-St.Cloud, een dorpje ten zuidwesten van Parijs. Daar zette hij op 9 september 1922 de eindstreep van zijn Derde Symfonie Thrène et Péan.
Aanvankelijk leken zijn zaken er goed voor te staan. Vermeulen maakte contact met belangrijke personen in het Franse muziekleven, onder wie Gabriel Pierné en Darius Milhaud. In zijn hoedanigheid van dirigent toonde Pierné zich geïnteresseerd in Vermeulens Eerste en Tweede Symfonie, maar hij zag onoverkomelijke bezwaren in de technische moeilijkheden en grote orkestbezetting, die veel repetitietijd en supplementaire spelers vereisten; voor de Franse orkesten, die op recette speelden, waren ze te riskant. Twee liederen en de Eerste Cellosonate werden in 1923 door de beoordelingscommissie van de kamermuziekinstelling Société Musicale Indépendante voor uitvoering toegelaten. Ernst Lévy, de pianist die de pianopartij van de Cellosonate speelde bij de Parijse première op 6 juni, werd een goede vriend van de componist. Ook vond Vermeulen waardering voor zijn werk bij Nadia Boulanger, die een belangrijke rol in het Parijse muziekleven speelde. Als dank voor haar steun droeg hij zijn in 1923 gecomponeerd Strijktrio aan haar op. Zij introduceerde hem bij Serge Koussevitsky, die enthousiast was over de Derde Symfonie. Deze vatte het plan op het werk in Amerika te gaan uitvoeren met het Boston Symphony Orchestra en liet de partijen met het oog daarop uitschrijven. Nadere kennismaking met het muzikale klimaat van de USA deed hem evenwel van zijn voornemen terugkomen.
Na het stranden van verschillende pogingen om een uitvoering van zijn symfonisch werk gedaan te krijgen, werd het Vermeulen duidelijk dat de verhoopte doorbraak een illusie was. Hij voelde er weinig voor een nieuwe symfonie op stapel te zetten zonder de gewaagdheden van de vorige in de praktijk te hebben getoetst. Voorlopig schreef hij alleen kamermuziek, waarvoor hij nog wel kansen zag. Zo ontstond de Vioolsonate (november 1924 - april 1925). Enige voldoening kon Vermeulen ontlenen aan de verschijning in druk van de Cellosonate, begin 1927 bij Senart. In dat jaar begon hij de compositie van een tweede sonate voor piano en cello.
Langzaam maar zeker werd de financiële situatie van Vermeulens gezin (er waren inmiddels vier kinderen: Anny, Roland, Josquin en Donald) onhoudbaar. Toen zich in 1926 de gelegenheid voordeed om als Parijs' correspondent van een krant in Nederlands-Indië, het Soerabaiasch Handelsblad, weer in het levensonderhoud te voorzien, greep hij die kans met beide handen aan. Van augustus 1926 tot juni 1940 produceerde Vermeulen wekelijks twee 'Parijsche Brieven' over alle mogelijke onderwerpen: binnen- en buitenlandse politiek, economie en financiën, theater, letterkunde, schilderkunst, techniek en wetenschap, historie, nieuwe types automobielen, vliegtuigen en onderzeeërs, sport, misdaden en faits divers (zelfs mode!); slechts een enkele keer ging een artikel over muziek. De grote, vaak virtuoos geschreven stukken werden in het kosmopolitisch milieu van de havenstad Soerabaia gretig gelezen. Van de auteur eisten ze zoveel aandacht en energie dat hij het werk aan de Tweede Cellosonate stil legde.
Eind 1929 kwam Martinus Nijhoff met het verzoek muziek te componeren bij het waterfeestspel De Vliegende Hollander, dat de volgende zomer ter gelegenheid van het 355-jarig bestaan van de Leidse universiteit op de Kager Plassen zou worden opgevoerd. Voor de geluidstransmissie maakte men gebruik van nieuwe technieken: Vermeulens symfonische muziek, ingespeeld op platen in een Parijse studio, werd via elektronische versterking ten gehore gebracht. Bij de opvoering echter waren de weersomstandigheden ongunstig. Een stevige wind blies de klank aan flarden, zodat Vermeulens aandeel in de productie aan pers en publiek grotendeels voorbijging. Lange tijd componeerde Vermeulen niet. Pas in 1937 pakte hij de draad van de Tweede Cellosonate weer op.
De zin om weer voor orkest te schrijven ontwaakte in mei 1939, toen Vermeulen in Amsterdam de première bijwoonde van zijn Derde Symfonie op een concert van het Comité Maneto (Manifestatie Nederlandse Toonkunst). Die uitvoering door Eduard van Beinum met het Concertgebouworkest gaf hem de lang verbeide bevestiging van de geldigheid van zijn compositorische uitgangspunten. Zodra een jaar later zijn journalistieke werk onmogelijk werd doordat de verbindingen met het Soerabaiasch Handelsblad door na de Duitse inname van Parijs waren verbroken, ging Vermeulen zich opnieuw geheel aan de muziek wijden. Op 1 juli 1940, daags na terugkeer van de zogeheten 'Exode' (de massale vlucht van de Parijse bevolking voor het Duitse leger), zette hij de eerste noten op papier van zijn Vierde Symfonie, die hij Les victoires noemde in het onwankelbare vertrouwen van de uiteindelijk gunstige afloop van de oorlog.
Vier jaar lang heeft Vermeulen onafgebroken gecomponeerd. Na de voltooiing van de Vierde Symfonie begin juni 1941, maakte hij op verzoek van zijn kinderen drie zettingen voor zang en piano van het Ave Maria, de Trois salutations à Notre Dame. Aansluitend, in oktober 1941, begon hij aan zijn grootste werk, de Vijfde Symfonie, waarvan hij de eindstreep haalde in januari 1944. Vervolgens inspireerde het gedicht Le balcon van Charles Baudelaire hem tot het schrijven van een lied voor mezzosopraan of tenor en piano. Daarna stagneerde onder invloed van de spanning der tijden (de geallieerde landing op 6 juni) de inspiratie en zette hij zich aan een revisie van de Vijfde Symfonie, die hij Les lendemains chantants titelde, naar de woorden van een gefusilleerde voorman van de Franse communistische partij, Gabriel Péri.
Kort na de bevrijding van Parijs kreeg hij zware slagen te incasseren. In het najaar van 1944 verloor hij èn zijn vrouw èn zijn meest geliefde zoon Josquin. Zijn vrouw, ernstig verzwakt door de voedselschaarste, overleefde een operatie niet. Zijn zoon sneuvelde in de Vogezen toen zijn commando-eenheid van het oprukkende Franse bevrijdingsleger, op Duitse tegenstand stootte.
Vermeulens rouwproces kreeg gestalte in een aangrijpend dagboek dat hij later de naam gaf Het enige hart. In zijn aantekeningen zette hij de gedachtewisseling met zijn gestorven vrouw voort, soms tekenen van haar aanwezigheid bespeurend, andere keren wanhopig over het verbroken contact. Op zoek naar de zin van zijn verliezen kwam Vermeulen stukje bij beetje tot een allesomvattend levensbeschouwelijk bouwwerk, dat hij in zijn boek Het Avontuur van den Geest. De plaats van den mens in dat avontuur verder uitwerkte. Deze publicatie beoogt niet alleen een op logische redenering gestoelde geloofsbelijdenis te zijn, maar ook een oproep om de kennis van het atoom louter voor goede doelen aan te wenden. (Diep geschokt door de verwoestende uitwerking van de atoombommen op Hiroshima en Nagasaki, zag Vermeulen de mensheid geplaatst voor een ontzagwekkend keerpunt in haar geschiedenis: de mogelijkheid van de totale vernietiging van het leven.)
In augustus 1946 trouwde Vermeulen met Thea Diepenbrock (Amsterdam 10 juli 1907), jongste dochter van zijn vroegere mentor. Hij verhuisde naar Amsterdam en keerde in het Nederlandse muziekleven terug als criticus van De Groene Amsterdammer. Naast stukken waarin hij lyrisch verslag deed van de verrichtingen van het Concertgebouworkest onder Eduard van Beinum en vol enthousiasme sprak over verheugende ontwikkelingen in het Nederlandse componeren (hij roemde de werken van Rudolf Escher), verschenen ook weer felle, polemische artikelen. Vermeulens verontwaardiging gold onder andere de uitvoering van Richard Strauss' Metamorphosen, dat hij – ten onrechte – als een In memoriam voor Hitler beschouwde. Voor zijn boek Princiepen der Europese muziek kreeg hij in 1948 de Meulenhoff-prijs.
Ten aanzien van Vermeulens composities deden zich het jaar daarop hoopvolle ontwikkelingen voor. In september 1949 voerde Eduard Flipse met het Rotterdamsch Philharmonisch Orkest de Vierde Symfonie uit en nog geen twee weken later gaf Van Beinum met het Concertgebouworkest de Vijfde. Het bleef echter bij eenmalige aangelegenheden. Van Beinum kreeg tegenwerking van zijn bestuur en met Flipse raakte Vermeulen zodanig gebrouilleerd (over coupures in een werk van Diepenbrock), dat hij zich genoopt voelde zijn partituren die de dirigent nog in huis had, terug te vragen.
Met de nog altijd onuitgevoerd gebleven Tweede Symfonie won Vermeulen in 1953 een vijfde prijs op het Concours Reine Elisabeth de Belgique te Brussel. Het duurde echter geruime tijd voor het bekroonde werk door een Nederlands orkest op het programma werd gezet. In de eerste helft van de jaren vijftig zijn alleen de Passacaille et Cortège uit de muziek bij De Vliegende Hollander verscheidene malen gespeeld.
De verstikkende sfeer van de Koude Oorlog, waarin politici en militairen leken aan te sturen op een nucleaire confrontatie, had een deprimerende uitwerking op Vermeulen. Verscheidene malen sprak hij zich in De Groene Amsterdammer uit tegen ontwikkelingen als de voortdurende verhoging van de bewapeningsbegrotingen van de NATO-landen en het openlijke pleidooi van strategen voor het hangen van een radioactief gordijn tussen West en Oost. Om in bredere kring tegen het negativisme op te komen liet Vermeulen, grotendeels op eigen kosten, een minutieus bijgewerkte Franse vertaling van Het Avontuur van den Geest uitkomen. Verder schreef hij artikelen voor het communistische dagblad De Waarheid en voor Vrede, het orgaan van de Nederlandse Vredesraad. In 1955 nodigde deze organisatie Vermeulen uit een toespraak te houden ter afsluiting van de eerste anti-atoombommanifestatie in Nederland. In zijn vlammende rede onder de titel 'De atoomwapens en ons geweten' zei hij onder andere: "De atoombom is een wapen anti-Leven, anti-God, anti-Mens."
In het kader van het Holland Festival 1956 verzorgden Eduard van Beinum en het Concertgebouworkest de Nederlandse première van Vermeulens Tweede Symfonie. Andermaal gaf de uitvoering van een symfonie de aanzet voor een nieuwe periode van componeren: "Ik hervond de lust en de moed om een ander leven te beginnen." Na tien jaar schrijven besloot Vermeulen definitief te stoppen met de journalistiek en de rest van zijn leven (hij voelde zich op zijn achtenzestigste al enige tijd in "het laatste kwartaal") uitsluitend nog met componeren bezig te houden. Hij verliet de stad en ging met Thea en hun dochter Odilia (1949) in Laren wonen.
In twee jaar tijd (november 1956 - november 1958) schreef hij een nieuwe symfonie, de Zesde, die hij Les minutes heureuses noemde, naar de dichtregel van Baudelaire die hij eerder in Le balcon getoonzet had: "Je sais l'art d'évoquer les minutes heureuses". De plotselinge dood van Van Beinum (die het werk op zijn programma had gezet) in april 1959 was een groot verlies voor Vermeulen. Paul Hupperts nam met het Utrechts Stedelijk Orkest de fakkel over en voerde de Zesde Symfonie op 25 november 1959 uit.
Eerder dat jaar componeerde Vermeulen het grote lied Prélude des origines voor bariton en piano, op tekst van Georges Ribemont-Dessaignes. Hij kreeg een regeringsopdracht tot het schrijven van een liederencyclus, maar onderbrak die om aan het Strijkkwartet te werken (december 1960 - juni 1961), waarvoor hij eveneens een stipendium van het Ministerie van OK&W ontving. In september 1962 voltooide Vermeulen de Trois chants d'amour voor mezzosopraan of tenor en piano.
Ofschoon Vermeulen weinig hoopvolle ontwikkelingen zag in de wereld (innerlijk leverde hij dikwijls een zware strijd tussen optimisme en pessimisme) wenste hij het vertrouwen te bewaren in een betere toekomst voor de mensheid. Van deze positieve inslag getuigen ook de toon en de titel van zijn laatste werk, de Zevende Symfonie Dithyrambes pour les temps à venir (vreugdezangen voor de komende tijden), gecomponeerd tussen maart 1963 en juni 1965. De uitvoering, in 1964, van de Eerste Symfonie door het Concertgebouworkest onder leiding van Bernard Haitink betekende vijftig jaar na dato de eigenlijke (en dit keer zeer bevredigende) première van het jeugdwerk waarin hij reeds zijn ideeën over de samenvoeging van zelfstandige melodieën had toegepast.
Spoedig na de voltooiing van de Zevende Symfonie openbaarden zich de verschijnselen van een ongeneeslijke vorm van kanker in het hoofd die hem langzaam het gehoor ontnam, zodat hij niet in staat was de première te volgen die op 2 april 1967 plaats vond (eveneens door het Concertgebouworkest onder leiding van Haitink). Enige maanden eerder had hij nog de kracht een artikel van grote allure te schrijven waarin hij waarschuwde voor het gevaar dat zijns inziens school in de actie van de 'Notenkrakers' tegen het Concertgebouworkest: "Daaraan wage men niet een der prachtigste uitvindingen van de mens: het symfonie-orkest."
De componist stierf na een langdurig ziekbed (vrouw en dochter verzorgden hem thuis) op 26 juli 1967.