En janvier 2016, le secrétaire-général des Nations Unies invite la reine Mathilde à faire partie, pour une durée de trois ans (2016-2018), du Groupe des défenseurs des Objectifs de développement durable des Nations Unies. Ce groupe d'une quinzaine de personnalités (dont fait également partie la princesse héritière Viktoria de Suède) est chargé d'aider l'ONU à mobiliser les énergies et l'action de la communauté internationale en vue de réaliser les Objectifs de Développement Durable d'ici 2030 (ces objectifs ont été adoptés par les Etats membres de l'ONU en septembre 2015).
La Reine a commencé par rencontrer en janvier le secrétaire-général des Nations Unies Ban Ki-Moon et le créateur du micro-crédit Mohammad Yunus lors du forum économique de Davos, et par recevoir en février au palais royal de Bruxelles le président de la 70ème session de l'assemblée général des Nations Unies et le ministre belge de la Coopération au Développement Alexander De Croo. Lors de sa visite du campus Diepenbeek de l'Université d'Hasselt, elle met l'accent sur les 17 Objectifs de Développement Durable (ODD) au cours de sa discussion avec les étudiants. Et le 7 avril, elle se rend au palais d'Egmont à Bruxelles pour prononcer le discours d'ouverture du forum 2016 de coopération pour le développement des Nations Unies.
En juin, Mathilde assiste aux 10èmes Journées Européennes de Développement organisées par la Commission Européenne à Bruxelles sur le thème "Le rôle de la femme dans le développement est au cœur des Objectifs de Développement Durable", participe à un déjeuner de travail avec des représentants des institutions européennes afin d'être informée sur la réalisation des ODD au sein de l'Union Européenne, et reçoit au palais royal le secrétaire général des Nations Unies et le président de la Banque Mondiale.
La Reine se rend deux jours en juillet au siège de l'ONU à New York avec le ministre belge des Affaires étrangères Didier Reynders. Ils y enchaînent les réunions de travail sur la protection des enfants dans les conflits armés, les droits de l'homme, la problématique des maladies mentales ou la violence contre les enfants. Ils rencontrent également le secrétaire-général des Nations Unies et le directeur général de l'Unicef.
A New York, elle confie aux journalistes belges qui l'accompagnent : "Je suis ici pour quelques heures seulement mais c'était très important d'être ici pour rencontrer des personnes importantes dont Ban Ki-Moon et le féliciter pour son engagement depuis huit ans dans la lutte contre la pauvreté et pour donner un monde meilleur, et qui se termine avec ces Objectifs de Développement Durable (ODD) que je suis enthousiaste de soutenir pour les prochaines années. Soutenir ces ODD, c'est la prolongation d'un travail que j'ai commencé avant mon mariage, car l'enfance et les personnes vulnérables étaient déjà au centre de mes préoccupations. J'avais à cœur de donner une voie aux plus vulnérables et d'investir dans l'éducation, car j'y crois profondément.
Je parle beaucoup à mes enfants. Je leur explique que c'est un luxe d'avoir accès à la culture, notamment musicale, et que des millions d'enfants n'ont pas la chance d'aller à un concert par exemple. Je leur ai expliqué l'histoire de ce petit garçon sous-alimenté enfant, et que cela impactera toute sa vie future. Que certaines filles ne peuvent pas aller à l'école. C'est un monde plein de défis où il y a certaines turbulences. En tant que mère, il faut y croire et vouloir donner un monde meilleur pour les générations futures. Et je pense que cela passe par l'éducation : il y a encore beaucoup trop d'enfants qui quittent l'école à 10-12 ans et qui ne savent pas lire".