Доктор философии (Берлинский университет, 1928). В 1940 эмигрировал в США. Вел исследовательскую работу в Колумбийском университете (1940-1943); в 1943-1968 преподавал психологию в Колледже Сары Лоуренс (Бронксвилл) и в Новой школе социальных исследований (Нью-Йорк); с 1968 до своей отставки в 1974 профессор психологии Гарвардского и Мичиганского университетов.
Исходя из проблемы противоречия между религиозной верой и научным знанием разрабатывал концепцию «двойной истины». Согласно Арнхайму примирить веру и знание возможно только при помощи художественного опыта. Рассматривал искусство как средство психотерапии. Развивал теорию артистического поведения, характеризующегося соединением эстетической и познавательной деятельности. Работы Арнхайма внесли значительный вклад в психологию искусства.