Arnolfo föddes i Colle Val d ’ Elsa, Toscana.
han var Nicola Pisanos chefsassistent på Marble Siena Cathedral predikstol för Duomo i Siena Cathedral (1265-1268), men han började snart arbeta självständigt på en viktig gravskulptur. 1266-1267 arbetade han i Rom för kung Charles I av Anjou och skildrade honom i den berömda statyn inrymd i Campidoglio. Omkring 1282 avslutade han monumentet till kardinal Guillaume de Braye i kyrkan San Domenico i Orvieto, inklusive en tronad Madonna (a MAEST Bisexuell) för vilken han tog som modell en gammal romersk staty av gudinnan Abundantia; Madonnas tiara och juveler återger antika modeller. I Rom hade Arnolfo sett den Kosmateska konsten, och dess inflytande kan ses i intarsia och polykrom glasdekorationer i basilikan Saint Paul utanför murarna och Kyrkan Santa Cecilia i Trastevere, där han arbetade 1285 respektive 1293. Under denna period arbetade han också på presepio av Santa Maria Maggiore, på Santa Maria i Aracoeli, på monumentet till påven Boniface VIII (1300) och på bronsstatyn av St Peter i Peterskyrkan.
1294-1295 arbetade han i Florens, främst som arkitekt. Enligt hans biograf Giorgio Vasari var han ansvarig för byggandet av Katedralen i staden, för vilken han gav statyerna en gång som dekorerade den nedre delen av FA-kubaden som förstördes 1589. De överlevande statyerna finns nu i katedralens Museum. Medan utformningen av kyrkan Santa Croce har tillskrivits Arnolfo, är detta mycket omtvistat. Vasari tillskrev honom också stadsplanen för den nya staden San Giovanni Valdarno.
Arnolfos verks monumentala karaktär har satt sin prägel på Florens utseende. Hans begravningsmonument blev modellen för gotisk begravningskonst.
Giorgio Vasari inkluderade en biografi om Arnolfo i hans liv av de mest utmärkta målare, skulptörer och arkitekter.