Arsenal F.C. 2019/2020 20 grudnia 2019 roku Arteta został ogłoszony trenerem Arsenalu. Umowa podpisana została do 2023 roku. Po mianowaniu stwierdził: "Chcę, aby ludzie brali odpowiedzialność za swoją pracę i chcę ludzi, którzy dostarczają pasji i energii w klubie piłkarskim. Każdy, kto się z tym nie zgadza, albo ma negatywny wpływ, albo cokolwiek innego, nie jest wystarczająco dobry dla tego środowiska i tej kultury".
26 grudnia rozegrał swój pierwszy mecz trenerski w meczu Premier League z A.F.C. Bournemouth, zakończony remisem 1-1. 1 stycznia 2020 wygrał swój pierwszy mecz trenerski 2:0, w domowym pojedynku z Manchesterem United.
18 lipca 2020 Arsenal pokonał Manchester City - poprzedniego pracodawcę Artety - 2:0 w półfinale Pucharu Anglii, a następnie w finale pokonali 2:1 Chelsea, wygrywając F.A. Cup po raz 14. Było to pierwsze trofeum Artety i po raz pierwszy od sezonu 1986-87 trener Arsenalu zdobył trofeum w swoim pierwszym sezonie pracy. Zmagania ligowe Arsenal zakończył na 8. miejscu, dzięki jednak wygranej w pucharze zakwalifikowali się do fazy grupowej Ligi Europy.