La primera generación se puso a la venta en el primer trimestre de 2002. Fue desarrollado sobre la base del Toyota Corolla de novena generación. El modelo fue reestilizado para la línea 2005 para acentuar las diferencias de aspecto entre el Matrix y el Vibe. Además de ofrecerse en el mercado norteamericano, se exportó como Voltz a Japón entre los años 2002 y 2004; tiene el aspecto exterior del Vibe y el interior del Matrix.

Se fabricó con dos motor de gasolina de cuatro cilindros en línea y 2.0 litros de cilindrada. Debido a que la SAE modificó las normas de medición de potencia máxima durante la vida comercial del Matrix, cada motor tiene dos cifras homologadas. El primero desarrollaba inicialmente 132 CV y luego 114 CV, en tanto que el segundo motor generaba 182 CV y luego 166 CV.

La segunda generación del Matrix se comenzó a vender en el primer trimestre de 2008, con la misma estructura del Corolla de décima generación. El Matrix se presentó oficialmente en el SEMA Show de 2007, y el Vibe en el Salón del Automóvil de Los Ángeles del mismo año. Sus dos motores son gasolina atmosféricos de cuatro cilindros en línea: un 1.8 litros de 134 CV, y un 2.4 litros de 160 CV.