Згідно житію Арсеній народився в знатній тверській сім'ї. Юнак з ранніх років мав схильність до чернечого життя і після смерті батьків роздав отриману від них спадщину бідним і пішов у Києво-Печерський монастир, де прийняв чернечий постриг.
Молодий чернець був помічений київським митрополитом Кіпріаном, який зробив його своїм архідияконом і доручив йому справи внутрішнього устрою митрополії.
У 1390 році по дорозі до Москви митрополит Кипріян у Твері за скаргами тверського великого князя Михайла Олександровича змістив єпископа Євфимія Висленя. Князь і городяни просили Кипріяна висвятити їм Арсенія.
Арсеній спочатку відмовився, але потім під загрозою соборної заборони був хіротонісаний в єпископа Тверського. У єпископській хіротонії взяв участь святитель Стефан Пермський.
За час єпископства Арсенія відновилося перерване московсько-тверською війною 1375 року літописання, були побудовані численні храми, оновлено Спасо-Преображенський кафедральний собор і розпочато будівництво дзвіниці.
За подобою Києво-Печерського монастиря Арсеній заснував на річці Тьмаці, неподалік Твері, Желтиков монастир, а також побудував Савино-Стрітенський монастир.
У 1401 році Арсеній взяв участь у московському соборі під головуванням митрополита Кипріяна.
У 1406 році за ініціативою Арсенія був створений найдавніший з відомих списків Києво-Печерського патерика - «Арсенієвська редакція», відомий по 26 списками.
Помер Арсеній від інсульту 2 березня 1410 року «захворівши головою», розбитий паралічем і втративши можливість розмовляти.
Святитель був похований у заснованому ним Желтиковому монастирі.
У 1486 році відбулося набуття мощей святителя Арсенія, а в 1547 році його канонізація.
Тропар
Благочестно пожив во святительстве, люди просветил еси учением твоим, и о храме Пречистыя вельми подвизався, и любитель монахов быв, сего ради от Христа паствы твоей венец приял еси. Темже, яко апостольского престола наместника, и святителя великаго чтуще тя, молим чада твоя, блаженне: от всех бед избави нас яже ко Христу молитвами твоими, святителю Христов Арсение отче наш.