Владимир Арсеньев родился в Петербурге на 2-й улице Песков (близ Смольного) в семье железнодорожного служащего Клавдия Федоровича Арсеньева. Мать — Руфина Егоровна Кашлачева до замужества держала маленькую мастерскую «по пошиву дамского белья». Но мастерская едва лишь оправдывала себя финансово, и, выйдя замуж, Руфина оставила это дело. В семье было четверо сыновей, пять дочерей и ещё приёмная дочь Капиталина Кокина, родственница, рано потерявшая родителей. Отец сам занимался с детьми русским языком, математикой, географией. А впоследствии брат матери, Иоиль (Илья) Егорович Кашлачёв, стал своего рода наставником будущего исследователя. Это был мечтательный человек, который детство провёл в лесничестве, хорошо разбирался и в травах, и в деревьях, и в грибах, узнавал птиц по крику, умел неподражаемо рыбачить, охотиться — и, как мог, приобщал к красоте и уму русской природы своих собственных сыновей и племянников. 

Владимир Арсеньев учился вначале в пансионе сестер Целау, затем окончил владимирское четырехклассное мужское училище, некоторое время (1885-1886 гг.) учился в Петербургской 5-й гимназии и, наконец, с помощью репетиторов сдал экзамены за курс среднего учебного заведения. В ноябре 1891 года Владимир зачислен вольноопределяющимся в 145-й Новочеркасский пехотный полк. В сентябре 1893 года поступил в Петербургское юнкерское пехотное училище. По окончании училища в 1895 году подпрапорщика Владимира Арсеньева направили в родной 145-й пехотный Новочеркасский полк, а в январе 1896 года произведён в подпоручики и откомандирован в 14-й Олонецкий пехотный полк (несмотря на настойчивые просьбы отправить его на Дальний Восток), который был расквартирован в городе Ломже Царства Польского. Через год Арсеньев женился на знакомой с детства восемнадцатилетней Анне Кадашевич. В 1900 году, после нескольких лет службы в Польше, Арсеньев добился-таки перевода и отправился до Владивостока. В 1906-1913 гг. участвовал в ряде экспедиций в горный край Сихотэ-Алинь, руководил топографическими работами, вёл этнографические наблюдения. 

В экспедиции Арсеньев познакомился с Дерсу Узала — таёжным охотником удэгейцем (или гольдом, как тогда называли в России этот и другие родственные ему малые народы Дальнего Востока). Дерсу стал проводником экспедиции и сыграл исключительную роль в осуществлении почти всех последующих научных предприятий Арсеньева. В образе этого «лесного человека» Арсеньев нашёл некий естественный нравственный идеал: прямоту характера, искреннее добродушие и товарищество, веру в одухотворенность всей природы. 

В 1910 году Владимир Арсеньев ушёл с военной службы в отставку и стал директором Хабаровского краеведческого музея. В 1918 году экспедиция на Камчатку, в 1927 вновь по Приморскому краю. Собранный писателем за эти годы материал лёг в основу книг «По Уссурийскому краю» (1921), «Дерсу Узала» (1923), «В горах Сихотэ-Алиня», «Сквозь тайгу». 

В 1921 году Арсеньев занял должность профессора Владивостокского педагогического института на кафедре краеведения и этнографии. Шла гражданская война. С 1918 по 1922 г. в Приморье: «мятеж» чехословацкого корпуса и высадка японцев во Владивостоке, «белый» атаман Семёнов и Земское правительство генерала Дитерихса, «красные» партизаны Сергея Лазо и Дальневосточная республика, «штурмовые ночи Спасска, волочаевские дни» — всё это, к счастью, не имело роковых последствий для судьбы писателя, который и при советской власти продолжил свои исследования и литературное творчество. 

Умер В. К. Арсеньев в 1930 г. во Владивостоке. Его именем названы одна из вершин хребта Сихотэ-Алинь, вулкан на Курильских островах и ледник на Камчатке.
 
 

Поручик Арсеньев, будущий писатель, 1990 год