Mathieu Duhamel connaît une carrière atypique. Il rejoint l'INF Clairefontaine à 13 ans, mais le quitte un an ou deux plus tard pour rejoindre le FC Rouen, dans sa région natale. Gêné par des problèmes de taille en U17, il part à l'US Quevilly, club de CFA où son entraîneur le fait d'abord jouer latéral gauche. Revenu à un poste offensif, il a l’opportunité de faire son retour à Rouen en 2006, à 22 ans, où il inscrit 12 buts en 29 matches de CFA.