Como posso usar o PDO para buscar uma matriz de resultados em PHP?

Dê uma olhada no PDOStatement.fetchAll método. Você também pode usar fetch em um padrão iterador.

Exemplo de código para fetchAll , da documentação do PHP:

<?php
$sth = $dbh->prepare("SELECT name, colour FROM fruit");
$sth->execute();

/* Fetch all of the remaining rows in the result set */
print("Fetch all of the remaining rows in the result set:\n");
$result = $sth->fetchAll(\PDO::FETCH_ASSOC);
print_r($result);

Resultados:

Array
(
    [0] => Array
        (
            [NAME] => pear
            [COLOUR] => green
        )

    [1] => Array
        (
            [NAME] => watermelon
            [COLOUR] => pink
        )
)