Грамматический словарь Зализняка (склонения слова):
Матрёшка, матрёшки, матрёшки, матрёшек, матрёшке, матрёшкам, матрёшку, матрёшки, матрёшкой, матрёшкою, матрёшками, матрёшке, матрёшках
-и, род. мн. -шек, дат. -шкам, ж.
Полая внутри деревянная кукла со вставляющимися в нее такими же куклами меньшего размера.
[Мальчуган] играл расставленными на большом овальном подносе деревянными матрешками. Шереметьева, На далекой реке.
МАТРЁШКА, и, ж. Полуовальная полая разнимающаяся посередине деревянная расписная кукла, в к-рую вставляются другие такие же куклы меньшего размера. Русская м.
Название этой русской игрушки восходит к женскому имени собственному Матрена.