Матлюба Алимова родилась 12 августа 1954 года в Андижане. По национальности - она наполовину узбечка (со стороны папы). Что же касается мамы, то с ее слов: «В маминой же крови намешано столько! И грузины, и русские, и поляки, и немцы...»

В 1978 году Матлюба окончила актерский факультет ВГИКа. Там она училась у выдающегося актера

В 80-е годы Матлюба Алимова снималась в кино немало. Среди этих работ были и главные, и эпизодические роли. Наиболее известной является ее коварная Ирина - царица византийская из исторического сказа Геннадия Васильева «Василий Буслаев».

В 90-е годы Алимова отошла от кинематографа. Среди ее последних работ - роль в социальной притче грузинского режиссера Левана Закарейшвили «Они» (1992). Чуть позже вышла картина Рижской киностудии «Изобретатель фараона», где Алимова сыграла египетскую царицу Амасу. Кроме того, она снялась в одной турецкой картине.

С середины 90-х Матлюба Алимова в кино не снимается. На вопрос «почему?», она отвечает: «Можно было, конечно, сниматься, а нужно ли? Кто-то говорит, что нужно играть все, что предлагают, однако я так не считаю. Наверное, здесь срабатывает баталовская школа. <...> Я абсолютно спокойно отношусь к тому, что живу вне мира кино. Возможно, я даже остыла к этой профессии. Хотя ... с киношниками по-прежнему связей не рву…»

В последнее время в кино снимается нечасто. Занимается реставрацией бухарских и шахрисабских вышивок. В 2004 году переехала в Москву.