Armelle Mathis a suivi un Master de Direction de chant au Conservatoire National Supérieur de Paris dans la classe d'Erika
Guiomar. Elle a également été dans la classe de récital Mélodie et Lied de Jeff Cohen. Elle est depuis 2014 en duo avec le ténor Adrien Poupin, leur dernier récital Odyssée Sauvage a eu lieu en mai 2024. Ainsi spécialisée dans l'accompagnement des chanteurs et passionnée par le monde de l'opéra, elle participe à diverses productions : à Toulon pour la création des Cosmicomiche de Michèle Reverdy sous la direction de Léo Warynski, reprise à l'Opéra de Nice, la Forêt Bleue de Louis Aubert sous la direction de Martin Surot avec l'Atelier Lyrique de Tourcoing. Elle travaille avec diverses compagnies sur d'autres productions d'opéra ou
œuvres lyriques : avec la compagnie Figaro si Figaro là pour Le Nozze di Figaro, avec VociHarmonie pour L'Enfant Prodigue de Debussy, avec Demi-Soupir pour Pomme d'Api d'Offenbach, ainsi qu'avec Allegro Assai pour L'Étoile de Chabrier et Le Docteur Miracle de Bizet.
Depuis septembre 2023, elle accompagne le Chœur de l'Orchestre de Paris sous la direction de Richard Wilberforce. Elle a ainsi pu travailler avec des chefs tels que Daniel Harding ou Esa-Pekka Salonen sur un répertoire symphonique tel que la Symphonie n°8 de Mahler ou les Noces de Stravinsky.
Ayant des affinités avec le répertoire baroque, elle est cheffe de chant depuis 2019 à la maîtrise du Centre de Musique Baroque de Versailles.