Астронавт 5-го набора. Первый полет в космос совершил в составе экспедиции «Аполлона-16», 16 апреля — 27 апреля 1972 года, пятой высадке людей на Луну. Был пилотом командного модуля. Во время полета к Земле совершил выход в открытый космос. За этот полёт Маттингли был награждён медалью НАСА «За выдающиеся заслуги» в 1972 году.
Второй космический полет совершил в 1984 году командиром миссии «Колумбия STS-4».
Третий полет «Дискавери STS-51C», командир.
Он является одним из 24 человек которые долетели до Луны.
В 1989 году Маттингли ушёл в отставку из НАСА и ВМС США (в ранге контр-адмирала).
