Mathis Avondts a été formé au sein d'un club de Hoboken. Dans les catégories de jeunes, il se consacre d'abord au cyclo-cross, où il réalise de bonnes performances. Il obtient aussi un podium sur une manche de la Coupe des Nations Juniors en 2021. Grâce à ses résultats, il intègre la réserve de l'équipe Alpecin-Deceuninck en 2022.
Il redescend ensuite au niveau amateur en 2023, après la non-reconduction de son contrat,. Lors de cette saison, il s'impose à quatre reprises sur route. Il finit par ailleurs deuxième de la première étape du Flanders Tomorrow Tour. Des douleurs dorsales l'incitent en revanche à abandonner le cyclo-cross,.
En 2024, il retrouve le niveau continental en rejoignant l'équipe Parkhotel Valkenburg, qui possède une licence néerlandaise. Décrit comme un sprinteur, il se fait remarquer chez les professionnels en terminant quatrième d'une étape du Tour de Grèce.
Il se classe également quatrième du Prix national de clôture, une kermesse professionnelle belge disputée au mois d'octobre.
Le , il remporte le Ster van Zwolle, au terme d'un sprint. Il s'agit de sa première victoire acquise sur une épreuve inscrite au calendrier de l'UCI Europe Tour. Un peu plus tard dans la saison, il gagne la première étape du Tour de Grèce puis la deuxième de la Ronde de l'Oise. Il devient stagiaire au sein de l'UCI ProTeam suisse Pinarello-Q36.5 Pro Cycling Team au deuxième semestre mais ne signe pas de contrat professionnel avec cette équipe au recrutement très ambitieux. En octobre, la presse spécialisée annonce que le jeune coureur belge vient de signer un contrat avec l'équipe continentale néerlandaise BEAT CC p/b Saxo. Il quitte donc la formation Parkhotel Valkenburg après avoir été membre de ce collectif pendant trois ans.
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