Cesare Mattei nacque a Bologna l’11 gennaio 1809 da Luigi e Teresa Montignani, una famiglia agiata di origini ferraresi appartenente alla ricca borghesia locale.
Crebbe a contatto con i massimi pensatori dell’epoca come Paolo Costa, Marco Minghetti, Antonio Montanari e Rodolfo Audinot, maturò idee liberali e, ma – anche per propensioni caratteriali – rimase un moderato, contrario a ogni estremismo. Nel 1837 fu uno dei 100 fondatori della Cassa di Risparmio in Bologna.
Nel 1847 insieme al fratello Giuseppe fece dono a Pio IX di tutti i possedimenti situati sul canale della Magnavacca, via di comunicazione di Comacchio con il mare e naturale separazione dagli insediamenti militari austriaci di Comacchio e Ferrara, offrendo così la possibilità alle truppe pontificie di attestarsi in una favorevole posizione strategica. Il papa ricompensò i due fratelli conferendo loro il titolo ereditario di Conte.
La morte della madre nel 1844 lo provò duramente e lo allontanò dalla medicina classica dell’epoca che, a suo dire, non seppe fare nulla per curare la madre ne per alleviarne. Per questo, lasciati i rapporti sociali e la politica, si ritirò nella tenuta di Vigorso ed iniziò a studiare una “nuova medicina” più efficace. Nella primavera del 1848, arruolato dalla guardia civica bolognese in cui prestò servizio con il grado prima di tenente colonnello e poi di capo dello stato maggiore. Fece poi parte del gruppo di volontari bolognesi che, al comando di Enea Bignami, prestò servizio presso il quartier generale di Carlo Alberto. Partecipò poi con i volontari alla difesa del Veneto dalla controffensiva austriaca (aprile-maggio 1848).
Il 18 maggio 1848, durante il periodo costituzionale dello Stato pontificio, ricevette dai collegi S. Vitale di Bologna e di Budrio il mandato di rappresentarli a Roma nel Consiglio dei deputati. Il clima di incertezza e di tensione determinatosi dall’evolversi degli eventi, lo indusse alla fine di novembre del 1848 a rinunciare definitivamente alla vita politica, rompendo l’amicizia che lo legava a Minghetti con il quale non si sarebbe più riconciliato.
Non si sposò e adottò come figlio il giovane amministratore Mario Venturoli.