Mathias Bregnhøj comenzó su carrera ciclista en el Vejle Cykel Klub en su ciudad natal.
En 2017, se unió al equipo continental BHS-Almeborg Bornholm.
Dos años más tarde, terminó decimosexto en la Vuelta a Dinamarca.
Luego se unió a la formación Riwal Cycling Team en 2022.
Buen escalador, obtuvo varios lugares de honor en carreras UCI en Noruega.