Nach dem Besuch einer Kölner Mädchenschule bestand sie 1903 die Lehrerinnenprüfung. Nachdem sie als Externe in Wetzlar die Reifeprüfung nachgeholt hatte, studierte sie von 1907 bis 1911 an den Universitäten Bonn, Marburg, Gießen und München Mathematik, Physik, Chemie und Philosophie. Am 1.3.1911 verteidigte sie in Bonn ihre Dissertation. Mathilde Vaerting war von 1913 bis 1922 Oberlehrerin am Lyzeum in Neukölln. Sie publizierte zahlreich Artikel über Pädagogik, ihre Forschungen begleiteten ihre praktische Tätigkeit als Lehrerin. 1921 erschien „Neue Wege im mathematischen Unterricht“. Die Veröffentlichung ihres ersten Forschungsbandes machte sie aufgrund neuer, provokant formulierter Thesen auf dem Gebiet der Sozial- und Reformpädagogik schlagartig bekannt. 1923 erschien mit „Wahrheit und Irrtum in der Geschlechterpsychologie“ ein weiterer Band. Die nicht habilitierte Mathilde Vaerting erhielt nach der Botanikerin Margarete Baroness von Wrangel am 1.10.1923 als zweite Frau eine ordentliche Professur. Auf dem Gebiet der Erziehungswissenschaften, als Fachgebiet an der Universität Jena neu eingerichtet, war sie allerdings in Deutschland die erste Professorin. Anfang April 1933 wurde sie von den Nationalsozialisten ihrer politischen Auffassungen wegen aus dem Amt entlassen. Sie forschte privat weiter. Eine Berufung an eine Universität in den USA durfte sie nicht annehmen. 1944 wurden bei einem Bombenangriff all ihre Manuskripte vernichtet. Ab 1948 bewarb sie sich an verschiedenen Universitäten, wurde aber immer wieder abgelehnt. Von 1953 bis 1977 gab sie mit dem Pädagogen Edwin Elmerich die „Zeitschrift für Staatssoziologie“ heraus. Beide gründeten das „Internationale Institut für Politik und Staatssoziologie“, das jedoch nicht lange bestand. Mathilde Vaerting gilt als Begründerin der Staatssoziologie. Sie war Mitglied der Deutschen Gesellschaft für Soziologie und der Deutschen Gesellschaft für Filmwissenschaften. Sie wurde im niedersächsischen Lingen beigesetzt.