Arsenal FC wywodzi się od zakładowej drużyny Dial Square, założonej w grudniu 1886 roku przez robotników zbrojowni Royal Arsenal w Woolwich – stąd pochodzi zarówno przydomek klubu, Gunners (Kanonierzy), jak i armata w herbie. Po kilku zmianach nazwy (Royal Arsenal, Woolwich Arsenal) zespół w 1893 roku jako pierwszy klub z południa Anglii dołączył do Football League, a w 1913 roku przeniósł się do północnego Londynu, na stadion Highbury.
Fundamenty klubowej potęgi położył w latach 20. i 30. XX wieku menedżer Herbert Chapman, który objął drużynę w 1925 roku i zapowiedział, że w ciągu pięciu lat przyniesie jej sukces – dotrzymał słowa niemal день w dzień, sięgając w 1930 roku po pierwsze w historii klubu trofeum, Puchar Anglii. To Chapman wprowadził rewolucyjną jak na tamte czasy taktykę "W-M", opartą na cofnięciu środkowego obrońcy w głąb formacji, co pozwoliło Arsenalowi zdominować angielski futbol – zespół zdobył wówczas trzy mistrzostwa kraju w latach 1931, 1933 i 1934. Sam Chapman zmarł nagle w styczniu 1934 roku, lecz zbudowana przez niego drużyna kontynuowała triumfy pod wodzą jego następcy, a jego popiersie do dziś stoi w słynnych "marmurowych korytarzach" (Marble Halls) starego stadionu Highbury.
W dorobku Arsenalu znajduje się 14 tytułów mistrza Anglii, w tym mistrzostwo zdobyte w sezonie 2025/2026 pod wodzą Mikela Artety, które zakończyło 22-letnie oczekiwanie klubu na koronę ligową. Do tego dochodzi rekordowe w historii rozgrywek 14 Pucharów Anglii oraz 2 Puchary Ligi Angielskiej. Na arenie europejskiej klub triumfował w Pucharze Zdobywców Pucharów (1994) i Pucharze Miast Targowych (1970), a w 2006 roku dotarł do finału Ligi Mistrzów, przegranego z FC Barceloną.
Najsłynniejszy powojenny rozdział klubowej historii napisał francuski menedżer Arsène Wenger, pod którego kierownictwem drużyna w sezonie 2003/2004 zdobyła mistrzostwo bez jednej porażki w lidze, zyskując przydomek The Invincibles. Filarami tamtej ekipy byli Thierry Henry, Dennis Bergkamp i Patrick Vieira, a wcześniejsze sukcesy budowali m.in. Tony Adams i Ian Wright.
Od 2006 roku Arsenal rozgrywa mecze domowe na Emirates Stadium (60 704 miejsc), grając tradycyjnie w czerwonych koszulkach z białymi rękawami. Klub od lat stawia też na wychowanków własnej akademii w Hale End, z której wywodzi się m.in. Bukayo Saka.