Nació en Dartford (Inglaterra) en 1961. Entre sus primeros cortometrajes figuran ‘Milk’ (1998), ‘Dog’ (2001) y ‘Wasp’, por el que ganó un Oscar en 2005. Su primer largometraje, ‘Red Road’ (2006), y su segundo, ‘Fish Tank’ (2009), compitieron en el Festival de Cannes y ambos ganaron el Premio del Jurado antes de ser galardonados en los BAFTA. En 2011 terminó de rodar la adaptación de ‘Cumbres borrascosas’, de Emily Brontë, que se estrenó en la Mostra de Venecia y compitió en la Seminci. Ese mismo año fue nombrada Oficial de la Orden del Imperio Británico por sus servicios a la industria cinematográfica. Volvió a Cannes en 2016 para presentar a concurso su película ‘American Honey’, con la que ganó su tercer Premio del Jurado. Arnold también ha dirigido varios episodios de las series ‘Transparent’ y ‘I Love Dick’, así como la segunda temporada de la serie ‘Big Little Lies’. En 2021 compitió en Cannes con ‘Vaca’ y en 2024 regresó al certamen francés con ‘Bird’.