Родился 5 марта 1875 г. в г. Камышлове Пермской губ.

Доктор геолого-минералогических наук (1942), профессор (1919).

Окончил Оренбургский учительский институт (1895) и естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета (1907).

Заведовал Мотовилихинским начальным училищем (1985–1901). Работал в геофизических (Апшерон, 1908, 1909), геологических (Западное Приуралье, 1909, 1910; Забайкалье, 1914–1917) экспедициях. Служил в Радиевой комиссии Академии наук (1914–1918). Член Уральского общества любителей естествознания. Председатель комиссии по охране научных, культурных и художественных ценностей (Екатеринбург, 1919).

Стоял у истоков Уральского горного института (и. о. ректора, декан геолого-разведочного факультета, 1919), Уральского университета (член организационной комиссии, 1920; член совета университета, 1920–1922; декан геолого-разведочного факультета, 1920–1921; профессор, 1920). Организовал кафедры минералогии и минералогический музей в Уральском горном институте (1918), Уральском университете (1920). Заведовал кафедрой минералогии и кристаллографии Уральского горного института (1918–1920, 1925–1949), Уральского университета (1920–1925, 1932–1935).

Организатор и первый председатель Уральского отделения Всесоюзного минералогического общества. Консультант Екатеринбургской (Свердловской) гранильной фабрики (1924–1940).

Основные труды посвящены минералогии, геохимии, учению о нарушении кристаллизации; занимался изучением месторождений радиоактивных руд, монацита, лепидолита в Забайкалье, титановых руд на Урале, месторождений золота (Джетыгара, Кочкарь); открыл Гумбейское вольфрамовое и Елизаветинское кобальтовое месторождения. Автор и соавтор 62 печатных работ. Основатель уральской школы минералогов и геохимиков.

Награжден орденом Ленина и медалью.

В честь К. К. Матвеева назван минерал – матвеевит.