Nació el 24 de diciembre de 1822 en Laleham, Middlesex. Hijo de Thomas Arnold, director de la Rugby School.
Cursó estudios en Rugby y en Oxford, donde, en el año 1843, ganó el Premio Newdigate con su poema Cromwell.
Fue profesor de lenguas clásicas en Rugby y después inspector de escuela y profesor de poesía en Oxford.
En su poesía, se aprecia un tono elegíaco, especialmente en Empédocles sobre el Etna (1852), La gitana letrada (1853), Sohrab y Rustum (1853), Thyrsis (1866), Capilla de Rugby (1867), Playa de Dover (1867), y Abadía de Westminster (1882). Inspirado en muchas ocasiones en motivos clásicos y sus temas son la alienación y el vacío espiritual.
Defensor de la cultura frente al materialismo científico en su colección de ensayos Cultura y anarquía (1867-1868). Mantenía que no había que confundir “literatura” con “belles lettres” y que literatura eran también los Elementos de Euclides, los Principia de Newton, los escritos de Copérnico, de Galileo y de Charles Darwin. Tampoco se debía permitir, en opinión de Arnold, que los científicos se reservaran el concepto de ciencia. Pues también la crítica literaria y el estudio de las lenguas antiguas eran, según Arnold, ciencias.
Recriminó al científico Huxley por hablar siempre de ciencias según el corriente significado inglés (science) referido a las ciencias naturales. La discusión central, por tanto, no se produjo en esto, sino acerca del peligro del predominio que Huxley quería dar a las ciencias en la instrucción. Es autor de los ensayos La función de la crítica en la época actual (1865) y Estudio de la poesía (1880).
Falleció en Liverpool el 15 de abril de 1888.