2011年8月21日，英超豪门切尔西宣布就胡安·马塔的转会与瓦伦西亚达成协议，三天之后转会正式完成，马塔正式与切尔西签下为期5年的合约，转会费达到2900万欧元。2011-2012赛季，马塔跟随切尔西杀入足总杯和欧洲冠军联赛的决赛，并最终在两项赛事中都成功夺冠。
2012年欧冠决赛对阵拜仁慕尼黑，马塔关键时刻角球助攻德罗巴头球破门，将比分追平。点球大战中，虽然马塔将点球罚丢，但切尔西最终还是击败对手，夺得队史第一个欧冠冠军。2011-12赛季，马塔代表切尔西在各项赛事中出场54次，并贡献了12个进球和20次助攻，也赢得了2012年度切尔西最佳球员的称号。马塔也成为1996年的古力特以来，首位在加盟英超的处子赛季就被俱乐部评为赛季最佳的球员。
2012-13赛季，切尔西收获欧联杯冠军，成为历史上首支2年连夺欧冠和欧联冠军的球队。2012-13赛季马塔在各项赛事中为切尔西出场达到64场，打入19个进球并送上35次助攻，马塔也连续第二个赛季收获切尔西赛季最佳球员的荣誉。在英超联赛，马塔12-13赛季共为切尔西出场35次，贡献11粒进球、17次助攻。
在进入2013-14赛季后，马塔在切尔西新帅穆里尼奥的麾下得不到重用，2014年1月冬窗，马塔从切尔西转会加盟曼联，转会费达到3700万英镑，打破了之前由贝尔巴托夫保持的3075万英镑的曼联队史转会纪录。2014年1月，马塔正式转会加盟曼联，身披8号球衣。当时的曼联面临变革，弗格森爵士在2013年夏天正式退休，新帅大卫·莫耶斯面临艰难的局面。
2013-14赛季马塔共计为曼联在各项赛事中出场15次，打入6球并贡献5次助攻。2014-15赛季，马塔为曼联在各项赛事中出场35次，贡献10个进球和4次助攻。2015-16赛季，整个赛季马塔共为曼联出场54次，贡献了10球、11助攻。其中英超联赛38轮，马塔每一轮都有出场，贡献6球7助攻。
2016-17赛季，马塔跟随曼联收获了社区盾、欧联杯和英格兰联赛杯的冠军，整个赛季马塔一共出场42次，打入10粒进球，并有6次助攻。2017-18赛季，马塔为曼联在各项赛事中出战40场，贡献3球7助攻，接下来的一个赛季马塔出场32次，贡献6个进球和4次助攻。