François Arnal est issu d'une famille de vignerons varois. Après des études secondaires au lycée de Toulon, il poursuit, à l'université d'Aix-en-Provence, des études de droit et de lettres. Il commence à peindre d’instinct dès 1940. 

En 1943 François Arnal devient résistant dans un maquis d’Auvergne. Il y rencontre Conrad Kickert, un artiste hollandais ami de Fauconnier, qui l’encourage à peindre. En 1947, François Arnal s'oriente, dès lors, vers la peinture.

Il s’installe à Paris en 1948 et entame sa carrière d’artiste. Il rencontre alors des peintres, tels Pierre Dmitrienko, Serge Rezvani et Quentin, et des écrivains, dont Raymond Queneau, Hubert Juin, J.-C. Lambert et Alain Jouffroy. Au début des années 50, il peint des tableaux aux formes allusives.

Il voyage au Mexique et aux Etats-Unis et part vivre à Tahiti où il crée des oeuvres colorées utilisant une "sorte de langage primitif". Il appartient alors au groupe de Michel Tapié, Un Art Autre, et participe aux expositions de la Galerie Maeght qui réunient les peintres abstraits de la deuxième génération donnant l’envoi de la tendance lyrique, gestuelle ou expressionniste. Il participe au mouvement de l'abstraction lyrique (Charles Estienne) et de l'art informel (Michel Tapié).

François Arnal revient à Paris dans les années 60. Il crée les Bombardements, traces d'objets réalisées à la bombe aérosol. Il cherche à insérer l'artiste dans la vie et, dans cet objectif, il crée l'Atelier A où il travaille de 1968 à 1975. Il commande à des créateurs en tous les domaines des objets et des oeuvres pouvant se fondre dans la vie quotidienne. En 1960, il se met à la sculpture. Il vit ensuite aux États-Unis six mois par an, où il expose et travaille jusqu'en 1964, année où il se fixe à Paris.

 En 1975, il revient à la peinture et à la sculpture et s'intéresse aux formes anciennes. Il conçoit le monde des Meeps, personnages imaginaires d'une civilisation disparue. Pour lui, ceux-ci font partie de son oeuvre depuis ses débuts. Il commence également à écrire des romans et des pièces de théâtre. En 2009, à la fin de sa vie, François Arnal revient au design et dessine la table Véli Vélo, qui sera éditée à 50 exemplaires et signée « François Arnal, Atelier A ».

 François Arnal est exposé dans les lieux les plus prestigieux : le Guggenheim de New York, le Musée de Rio de Janeiro, l’Institute of Art de Chicago ...