Nato nel 1984, ha intrapreso gli studi musicali nella sua città natale, Barquisimeto. Nel 2005 ha iniziato gli studi di direzione d'orchestra sotto la supervisione di José Antonio Abreu, suo maggiore sostenitore ed ispiratore. Ha collaborato con Sir Simon Rattle, che nel luglio 2007 lo ha invitato a dirigere le prove dell'Orchestra Giovanile del Venezuela Simón Bolívar, e fin dal 2006 è stato in più occasioni al fianco di Claudio Abbado, sia in Italia che in Venezuela. Nel settembre 2008 ha debuttato in Italia con l'Orchestra Mozart, riscuotendo grande successo di pubblico e di critica. Ha diretto il concerto inaugurale della Mozart nella stagione 2009 e aprirà anche quella del 2010.

Nel 2009 figura come direttore ospite nelle stagioni dell'Accademia Nazionale di Santa Cecilia, del teatro lirico di Cagliari e dell'Orchestra Sinfonica Nazionale della RAI di Torino. Recentemente ha diretto il concerto finale dell'Accademia Gustav Mahler a Bolzano e ha debuttato in Austria al Festspielhaus St. Pölten con la Tonkünstler-Orchester.

Diego Matheuz è stato al fianco di Gustavo Dudamel come direttore assistente, sia con l'Orchestra Giovanile Simón Bolívar nelle sue ultime tournée, sia con la Gothenburg Symphony in Svezia.

Il suo debutto internazionale come direttore d'orchestra con l'Orchestra Giovanile Simón Bolívar è avvenuto il 14 marzo 2008, durante il prestigioso Casals Festival di Porto Rico, presso il centro di Belle Arti Luis A. Ferrè. Avendo lavorato al fianco di Abbado a Caracas e a Bologna, Diego ha debuttato con l'Orchestra Mozart lo scorso ottobre con grande successo, al punto che è stato subito invitato a inaugurare le stagioni 2009 e 2010. Nel novembre 2010, Diego Matheuz ha diretto la Filarmonica della Scala in concerto alla Konzerthaus Berlin.

Diego Matheuz è uno dei primi violini dell'Orchestra Giovanile Simón Bolívar, con la quale è stato in tournée in Europa e negli Stati Uniti. Ha inoltre suonato come solista con l'Orchestra Miranda State, con l'Orchestra Sinfonica Lara, con i Jovenes Arcos de Venezuela e con l'Orchestra da Camera UCLA. Continua i suoi studi di violino presso l'Accademia violinistica Latino-Americana, sotto la direzione del Maestro José Francisco del Castillo. Il 1 gennaio 2012 ha diretto L'Orchestra della Fenice di Venezia nel tradizionale Concerto di Capodanno.