Арсений родился в январе 1550 года в селении Калориана близ города Трикала в греческой Фессалии, в семье священника Феодора. Отец умер рано, и мальчика воспитывал старший брат — епископ Иоасаф. Учился он в Трикале у известных наставников, в 1572 году принял монашество, вскоре стал иеродиаконом, а через несколько лет — иеромонахом. Патриарх Иеремия вызвал его в Константинополь, а в 1584 году Арсения избрали архиепископом Димоника и Элассона.

Первый раз в Москву он попал в 1585 году в составе греческого посольства. На обратном пути остановился во Львове — и задержался там на два года: местное православное братство, которое теснили католики, попросило его возглавить школу. Арсений преподавал греческий и церковнославянский языки, составил для школы учебную программу и написал двуязычную грамматику, изданную во Львове в 1591 году.

В 1588 году он снова приехал в Москву, теперь вместе с патриархом Иеремией II. Греческое посольство вело переговоры об учреждении в России патриаршества, и среди самих греков единства не было — Арсений эту идею поддержал. Он участвовал в избрании и поставлении первого русского патриарха Иова, а затем получил от царя Феодора Иоанновича разрешение остаться в русской столице. Дом ему дали в Кремле, недалеко от царского дворца; он служил при Архангельском соборе и делал в него богатые вклады — Евангелия, служебники, серебряную утварь. На его средства строились храмы и в подмосковных сёлах.

Затем пришла Смута, и грека, оставшегося в Москве, она не миновала. Он был свидетелем и участником почти всех событий: коронаций и низложений, соборов, пожара в Кремле, при котором сгорел его дом. После того как поляки арестовали патриарха Ермогена, именно Арсений остался старшим среди православного духовенства Москвы. Во время осады Кремля русским ополчением осенью 1612 года он потерял почти всё имущество и голодал — и тогда, по житию, ему явился преподобный Сергий Радонежский и предсказал скорое избавление от бедствий. 27 ноября святитель во главе московского духовенства с Владимирской иконой Божией Матери встречал входившее в Москву русское войско.

В 1613 году он встречал под Москвой юного Михаила Феодоровича Романова, подписал грамоту об его избрании и участвовал в венчании царя. Тогда же его назначили на Тверскую кафедру, где он возобновил кафедральный Спасо-Преображенский собор, в котором четверть века не служили. Позже святителя перевели в Суздаль: с 1616 года он достоверно титуловался архиепископом Суздальским и Тарусским. Незадолго до смерти, в 1625 году, по поручению патриарха Филарета он расследовал чудеса от Казанской иконы, перенесённой в Суздаль из Никольского Шартомского монастыря, — чудеса подтвердились, и празднование установили на 23 ноября.

Скончался святитель 29 апреля 1625 года в Суздале и был погребён в кафедральном Рождественском соборе. Почитание установилось вскоре после кончины: над могилой поставили гробницу, написали его образ, а в 1668 году архиепископ Стефан обрёл нетленные мощи. К его гробу шли служить панихиды, особенно много народу собиралось в пятницу перед Троицыным днём — приходили в основном женщины и дети и просили святителя о помощи больным детям. В 1982 году имя Арсения включили в Собор Владимирских святых, а в 2005 году захоронение обследовали и мощи переложили в новую раку; частицу передали Элладской Церкви.

Остались после него и книги: греческая служба Василию Блаженному и «История России» — первое греческое сочинение на эту тему, кратко излагающее русскую историю от Крещения до воцарения Михаила Феодоровича.