Après une formation au Conservatoire de Lyon puis à l'EPSAD (auj. Ecole du Nord) de Lille sous la direction de Stuart Seide, Arnaud AGNEL commence sa carrière par une intense activité au théâtre.

Durant dix ans, il travaille principalement avec le metteur en scène Thomas Visonneau, essentiellement dans le Théâtre Public, créant à ses côtés près d'une dizaine de pièces, allant des textes de répertoire - Horace de Corneille - aux oeuvres plus contemporaines - Jouer juste de François Bégaudeau, qu'il co-adapte et joue seul en scène - en passant par des pièces qu'il co-écrit et dans lesquelles il joue : Le tour du théâtre en 80 minutes.

En parallèle de cette collaboration, il travaille avec d'autres compagnies puis se lance (volontairement) seul en 2017 dans son plus grand projet personnel jusqu'alors ; adapter, mettre en scène, produire, et jouer son deuxième seul en scène Je ne me sens bien, au fond, que dans des lieux où je ne suis pas à ma place., spectacle traitant de la quête identitaire, créé en 2019 au Théâtre d'Arles et toujours en diffusion.

Au cinéma, on a pu le voir dans Bonhomme, de Marion Vernoux.

A la télévision, dans La vie devant elles ou Police de caractères, sous la direction de Gabriel Aghion. Sous la direction de Jacques Malaterre dans Mr. Max et la rumeur ainsi que Brûlez Molière !, unitaire France TV dans lequel il tient son premier rôle d'importance (Lagrange), ou encore dans VTC, série réalisée par Julien Bittner et diffusée sur Canal +. En 2022, il devient le Dr Lepaon de la série Ici tout commence et prend les traits du Dauphin de France Louis-Ferdinand de Bourbon dans la saison 6 de La Guerre des Trônes. En 2023, il joue dans Panda, la série-évènement de TF1 avec Julien Doré et Ophélia Kolb. En 2024, on le retrouve dans La Fièvre de Ziad Doueiri sur Canal + ou encore Franklin avec Michael Douglas sur Apple TV.