Arnaud Valois estudou interpretação na Cours Florent. Ele foi descoberto em Charlie Says por Nicole Garcia, onde desempenhou um dos papéis principais ao lado de Jean-Pierre Bacri, Vincent Lindon e Benoît Magimel. Passou por Cliente, de Josiane Balasko, e Garota no Trem, de André Techine. Depois de alguns anos de pausa na atuação, ele está de volta às telas em 2017 em 120 BPM de Robin Campillo, no qual interpreta Nathan, o personagem principal, ao lado de Nahuel Perez Biscayart e Adèle Haenel.
Depois de viajar pelo mundo por 9 meses intensivos, promovendo o filme de Campillo, BPM - pelo qual Arnaud Valois ganhou o prêmio de Melhor Ator no Lumieres Awards 2018 e foi indicado como Melhor Ator estreante no Cesar 2018 - Arnaud conseguiu novos papéis em dois filmes franceses de Diretores aclamados pela crítica (o primeiro, Mon Bébé, de Lisa Azuelos (coestrelado por Sandrine Kiberlain e Yvan Attal) e o segundo, Si Demain, de Fabienne Godet (coestrelado por Julie Moulier e Lucie Debay)). 2018 também marca o início de uma carreira no exterior com as filmagens de Paradise Hills, de Alice Waddinton, onde Arnaud joga ao lado de Milla Jovovich e Emma Roberts. Todos os três filmes estão programados para serem lançados em 2019.
