La fosse Mathilde est composée d’un bâtiment surplombant un ancien puits de mine de la Compagnie des mines d’Anzin exploité jusqu’en 1859 avant sa fermeture trois ans plus tard. Lors de sa construction, la fosse Mathilde bénéficia d’avancées techniques successives. En effet, l’orifice du puits était situé en haut d’une butte, ce qui permit l’installation d’une machine à vapeur Edwards à haute pression. Le chevalet était alors caché sous le toit de la structure.

Lors de sa fermeture, la fosse Mathilde fut transformée en logements pour maîtres-ouvriers. En 1960, le bâtiment a été transformé par un propriétaire privé qui ajouta des garages et des appentis.

Avec le Sarteau à Fresnes et l’église de La Sentinelle qui est une fosse datant de 1824, la fosse Mathilde est l'un des seuls bâtiments industriels du Valenciennois de cette importance préservés. Sa rampe d'accès fait d'elle l'un des bâtiments de fosses les mieux conservés d'Europe. Elle a été inscrite aux monuments historiques par arrêté du 22 septembre 2010 et sur la liste du patrimoine mondial de l'Unesco le 30 juin 2012.