Родился в Санкт-Петербурге. Окончив Морской кадетский корпус (1892), служил на кораблях Балтийского флота. В 1895, после учебы в Штурманском офицерском классе, совершил переход на крейсере «Рюрик» на Дальний Восток.
В 1899 на транспорте «Бакан» обеспечивал работы Градусной экспедиции на Шпицбергене, (экспедиция провела замеры длины дуги меридиана в один градус). В качестве старшего офицера, затем командира эсминца «Заря» участвовал в полярной экспедиции Э. Толля (1900—1903). Провел самостоятельные исследования: в первую зимовку — маршрутную съемку арх. Норденшельда по меридиану от моря Лаптевых до 77° с.ш.; на карту впервые были нанесены ряд островов и пролив; во время второй зимовки команда Ф. Матисена исследовала о-в Бельковский (Новосибирские о-ва), перемещаясь на санных упряжках. После гибели Э. Толля Ф. Матисен возглавил экспедицию, которая в 1903, обследовав бух. Тикси, пришла к выводу о необходимости строительства здесь морского порта.
Во время русско-японской войны Ф. Матисен участвовал в походе Второй Тихоокеанской эскадры и в Цусимском сражении. В 1907 он был назначен наблюдающим за постройкой ледокольного парохода «Таймыр» и до 1909 командовал им, позднее вернулся служить на Балтику. С 1919 — начальник партии Гидрографической экспедиции Восточно-Сибирского р-на Северного Ледовитого океана, провел рекогносцировку дельты Лены и в подтверждение собственных прогнозов о судоходности ее верховьев проложил (экспедиция 1913) по реке фарватер для выхода судов в бух. Тикси.
Умер от тифа. Именем Матисена названы пролив в арх. Норденшельда, мыс на о-ве Подкова (Карское море, шхеры Минина) и скалистая вершина ледника (нунатак) на о-ве Шпицберген.
© 2020 Арктика