Mając 12 lat Fernández trafił do juniorów zespołu Colo-Colo ze stolicy kraju Santiago. Do pierwszej drużyny trafił w 2004 roku w wieku 18 lat i 1 sierpnia tamtego roku zadebiutował w Primera División, w wygranych 1:0 derbach z wielkim rywalem Colo-Colo, Universidad de Chile Santiago. Tydzień później w meczu z Cobresal zdobył 2 gole. W tym samym sezonie Matías zdobył spektakularnego gola w meczu z O'Higgins Rancagua, gdy wymanewrował rywali biegnąc z piłką niemal od własnego pola karnego. Gol ten spowodował, iż stał się ulubieńcem fanów Colo-Colo. W całym turnieju Clausura zdobył 8 goli i został uznany Najlepszym Młodym Piłkarzem Sezonu w Chile. W sezonie 2005 doszedł z Colo-Colo do ćwierćfinału, a jego klub odpadł po meczu z Club de Deportes La Serena. Dużo lepiej poszło Colo-Colo z Fernándezem w składzie w kolejnym sezonie. Zespół po raz 24 w historii wygrał fazę Apertura, a następnie dotarł do finału Copa Sudamericana, w którym przegrał po dwumeczu z meksykańskim klubem CF Pachuca. Na koniec sezonu Fernández pomógł Colo-Colo w wygraniu fazy Clausura, a za swoją postawę został uhonorowany nagrodą dla Najlepszgo Piłkarza Ameryki Południowej roku 2006.

Villarreal CF

18 października 2006 Fernández podpisał kontrakt z zespołem hiszpańskiej Primera División, Villarrealem. Suma transferu wyniosła 8,7 miliona euro, a klauzula odejścia wynosi 50 milionów euro. Chilijskim pomocnikiem interesowały się również Chelsea F.C. i Real Madryt, jednak Fernández wybrał właśnie Villarreal, między innymi ze względu na trenera tego zespołu, jego rodaka, Manuela Pellegrinieg. Do Villarrealu przybył 27 grudnia, a 7 stycznia 2007 zadebiutował w Primera División, w przegranym 0:1 domowym meczu z Valencią.