Après avoir suivi des cours classiques au Conservatoire, où il croise notamment Charles Boyer et Pierre Blanchar, Robert Arnoux débute en 1917 à L'Odéon où il reste cinq ans. Il y interprète Becque et Musset[précision nécessaire]. Puis il passe au boulevard : Les Hommes, Le Paquebot Tenacity de Charles Vildrac, Lucienne et le Boucher de Marcel Aymé, Les Invités du bon dieu d'Armand Salacrou, etc. Il se lance dans une carrière cinématographique. Ses débuts coïncident avec l’arrivée du parlant en France. Il tourne d’abord pour la firme allemande UFA (Tumultes en 1931, Le Congrès s’amuse) en 1932), puis pour la Paramount Pictures (La Perle, 1932). Deux films (Mademoiselle ma mère en 1937 et Amédée en 1949) lui permettent de jouer la covedette masculine, mais il incarne rarement les premiers rôles. Arnoux apparaît malgré tout régulièrement dans de nombreux films à succès (le préfet dans Lettres d'amour en 1942, le profiteur du marché noir dans La Traversée de Paris en 1956 et un autre trafiquant dans Voici le temps des assassins en 1956) et donne la réplique à toute une génération de comédiens parmi lesquels Jean Gabin et Claude Brasseur.
La terre qui meurt
1936
Rôle : François Lumineau
La Perle
1932
Rôle : Jacques Surville
Fantômas contre Fantômas
1949
Rôle : Noblet
Enfants de Paris
1937
Rôle : Uncle
Sérénade
1940
Rôle : Chavert
Chèque au porteur
1941
Rôle : Gaëtan
Au Grand Balcon
1949
Rôle : Vuillemin
Voici le temps des assassins...
1956
Rôle : M. Bouvier
Le Prince charmant
1942
Rôle : Ernset
Chacun son tour
1951
Rôle : Raoul
Oh! Qué mambo
1959
Rôle : Chauvet
Histoire de chanter
1947
Rôle : Barette
Gangster malgré lui
1935
Mon curé chez les riches
1952
Rôle : Cousinet
La Fille de Madame Angot
1935
Rôle : Pomponnet
Les Lumières du soir
1956
Rôle : Angelotti
Mon curé chez les pauvres
1956
Rôle : Cousinet
Boulot aviateur
1937
Rôle : Boulot
La Garçonne
1957
Rôle : Sorbier
Seul... à corps perdu
1963
Rôle : Editor-in-Chief
Le Triporteur
1957
Rôle : Leader
Manina, la fille sans voiles
1952
Rôle : Mr. Moulon / Purzel
La Revanche de Baccarat
1948
Rôle : Ventura
Les Mordus de Paris
1965
Liliom
1934
Rôle : Letourneur
Le plus beau gosse de France
1938
Madame ne veut pas d'enfant
1933
Rôle : Félix Le Barrois
Les femmes sont folles
1950
Rôle : Gaston
Le Caïd
1960
Rôle : Director of Socorep
Trois jours de bringue à Paris
1954
Sept hommes... Une femme
1936
Rôle : Speculator Vauxcouleur
Méfiez-vous des blondes
1950
Rôle : Editor-in-chief
Le truc du Brésilien
1932
La souris bleue
1936
Rôle : Rigaud
Circonstances atténuantes
1939
Rôle : Gabriel, Le Sentencier's chauffeur
Croisières sidérales
1942
Rôle : Banker Antoine
Jeunesse
1934
Rôle : Jean
Pour le maillot jaune
1940
Rôle : Regrattier
Princesse Tam-Tam
1935
Rôle : Coton
La Traversée de Paris
1956
Rôle : Marchandot, butcher
Marchand d'amour
1935
Rôle : Léo
Une nuit de noces
1935
Rôle : Gaston
La Pouponnière
1933
Rôle : Jean Moreau
Amédée
1950
Rôle : Mareuil
Miroir
1947
Rôle : Leroy-Garnier
Lettres d'amour
1942
Rôle : Monsieur de la Jacquerie
Andalousie
1951
Rôle : Schnell
Rive gauche
1931
Frédérica
1942
Rôle : Julien Blanchet
Barbe-Bleue
1951
Rôle : Mathieu les grands pieds
Rocambole
1948
Rôle : Ventura
Remous
1935
Rôle : Pierre
Entre onze heures et minuit
1949
Rôle : Rossignol
Je te confie ma femme
1933
Rôle : Berger
Dorothée cherche l'amour
1945
La Femme fatale
1946
Rôle : Monsieur Coussol
Josette
1937
Rôle : Remy
La nuit est mon royaume
1951
Rôle : Julien Latour
Nous ne sommes pas mariés
1946
Une nuit aux Baléares
1957
Rôle : Loulou
Le Bal des pompiers
1949
Rôle : Touvoir
La Belle Andalouse
1951
Rôle : Schnell
Mademoiselle ma mère
1937
Rôle : Julien Moreuil
Orient Express
1954
Rôle : Jean Tribot aka Mr.Davis
Stradivarius
1935
Rôle : Imre Berczy
La muerte viaja demasiado
1965
Rôle : segment 1 'La Bestiole'
Tumultes
1932
Rôle : Willi
Le Contrôleur des Wagons-Lits
1935
Rôle : Le collègue d'Albert
Bourrachon
1935
Rôle : Henri Mirguet
Mademoiselle Josette, ma femme
1950
Rôle : Panard
Ma femme... homme d'affaires
1932
Rôle : Pierre
L'Appel de la vie
1937
Rôle : Marmousot
Antonia, romance hongroise
1935
Rôle : Pali
Balthazar
1937
L’atomique Monsieur Placido
1950
Rôle : Joe
Visages de femmes
1939
Rôle : Saint-Ernest