Arnolfo urodził się w Colle Val d ’ Elsa w Toskanii.
był głównym asystentem Nicola Pisano na marmurowej ambonie katedry w Sienie (1265-1268), ale wkrótce zaczął samodzielnie pracować nad ważną rzeźbą grobową. W latach 1266-1267 pracował w Rzymie dla króla Anjou Karola i, przedstawiając go w słynnym posągu znajdującym się w Campidoglio. Około 1282 ukończył pomnik kardynała Guillaume ’ a de Braye w kościele San Domenico w Orvieto, w tym koronowaną Madonnę (Maestà), dla której wziął za wzór starożytny rzymski posąg bogini Abundantia; diadem Madonny i klejnoty odtwarzają antyczne modele. W Rzymie Arnolfo widział sztukę Kosmatejską, a jej wpływ widać w Intarsji i polichromicznych dekoracjach szklanych w Bazylice św. Pawła za Murami i kościele Santa Cecilia in Trastevere, gdzie pracował odpowiednio w 1285 i 1293 roku. W tym okresie pracował również nad presepio Santa Maria Maggiore, Santa Maria in Aracoeli, nad pomnikiem papieża Bonifacego VIII (1300) oraz nad brązową figurą św. Piotra w Bazylice św. Piotra.
w latach 1294-1295 pracował we Florencji, głównie jako architekt. Według swojego biografa Giorgio Vasariego, był odpowiedzialny za budowę katedry w mieście, dla której dostarczył posągi zdobiące dolną część fasady zniszczonej w 1589 roku. Ocalałe posągi znajdują się obecnie w muzeum katedry. Chociaż projekt kościoła Santa Croce został przypisany Arnolfo, jest to wysoce sporne. Vasari przypisał mu również plan urbanistyczny nowego miasta San Giovanni Valdarno.
monumentalny charakter dzieła Arnolfo odcisnął swoje piętno na wyglądzie Florencji. Jego pomniki grobowe stały się wzorem dla Gotyckiej sztuki pogrzebowej.
Giorgio Vasari zawarł w swoim życiu biografię Arnolfo najwybitniejszych malarzy, rzeźbiarzy i architektów.