Владимир Арсеньев родился 10 сентября 1872 года в Петербурге. Его отец Клавдий Арсеньев был выходцем из тверских крепостных, дослужился до заведующего движением Московской окружной железной дороги, был удостоен почетного звания потомственного гражданина Санкт-Петербурга.

Все десять детей Арсеньевых зачитывались романами Жюля Верна, восхищались первооткрывателями Николаем Пржевальским, Геннадием Невельским, Петром Семеновым-Тян-Шанским, Николаем Миклухо-Маклаем. Дядя с материнской стороны, Иоиль Кашлачев, был страстным любителем природы. Именно с ним Владимир Арсеньев ездил в первые экспедиции по реке Тосне под Петербургом.

По примеру своих вдохновителей — путешественников-офицеров Пржевальского и Невельского, Арсеньев избрал военную карьеру. В 1891 году он поступил в 145-й Новочеркасский пехотный полк, а два года спустя — в Петербургское пехотное юнкерское училище. В 1896-м Владимира Арсеньева — уже в чине подпоручика — направили служить в 14-й Олонецкий пехотный полк, расквартированный в польском городе Ломжа.

В 1900 году Арсеньев подал прошение о переводе на почти не изученный в то время Дальний Восток, и его перевели в 1-й Владивостокский крепостной пехотный полк. В следующие годы офицер-путешественник ходил в короткие экспедиции по Дальнему Востоку, в 1900–1905 годах он обследовал весь юг Приморья. Уже тогда Арсеньев не только наносил на карту то, что полагалось по заданию военного начальства, но и описывал флору и фауну, археологические находки и этнографические особенности местности.

Во время Русско-японской войны 1904–1905 годов Арсеньев участвовал в разведывательных операциях, был награжден орденами Святой Анны 3-й и 4-й степени и Святого Станислава 3-й и 2-й степени.

В 1910–1919 годах Владимир Арсеньев параллельно с военной службой работал директором Хабаровского краеведческого музея. Ученый встретился со знаменитым норвежским путешественником Фритьофом Нансеном, когда тот посетил Хабаровск в 1913 году. После переезда во Владивосток в начале 1920-х годов Арсеньев заведовал этнографическим отделом Приморского музея, который сегодня носит его имя. Обширный материал, собранный им во время экспедиций, пополнил коллекции не только Хабаровска и Владивостока. Многие предметы Арсеньев отправлял в дар Антропологическому музею Московского университета, Этнографическому музею Казанского университета, этнографическому отделу Русского музея. За материалы, отправленные в Вашингтонский музей, путешественника избрали членом Вашингтонского национального географического общества. Всего Владимир Арсеньев состоял более чем в 20 научных обществах, включая Русское географическое общество и Британское Королевское географическое общество.

В 1920-х годах ученый побывал в экспедициях на Камчатке, Командорских островах, прошел по маршруту Советская Гавань — Хабаровск. Он преподавал и читал выездные лекции, консультировал кинематографистов и писал книги. Арсеньева интересовали самые разные темы: от борьбы с браконьерством до организации переписи населения. Его книги «По Уссурийскому краю» и «Дерсу Узала» были очень популярными у читателей. По выражению Максима Горького, их автору удалось «объединить в себе Брема и Фенимора Купера» (Альфред Эдмунд Брем — немецкий зоолог, автор научно-популярной книги «Жизнь животных». — Прим. авт.). Книги Арсеньева были написаны простым и одновременно образным языком, с тонким и добрым юмором.