[3]​ Permaneció en la capital hasta los 23 años de edad para luego regresar a su ciudad natal.

Desde temprana edad mostró inclinación hacia el cultivo de la poesía, y la prosa que se conserva de él se caracteriza «por su forma sencilla, elegante, clara y castiza».

[5]​ Se consagró al estudio de las ciencias naturales y la meteorología, campos de interés en los que cimentó una estrecha amistad con El Sabio Caldas, con quien había ingresado simultáneamente al claustro del Rosario en 1798,[7]​ a quien apoyó en varios de sus proyectos y con quien intercambió una profusa correspondencia epistolar que fue publicada en su mayoría durante el siglo XX.

[8]​ Antonio Arboleda fue para Caldas en Popayán lo que Santiago Arroyo y Valencia lo fue en Santafé: un amigo y confidente de todas las horas, en quien El Sabio depositaba la mayor confianza, tal como quedó demostrado en dos ocasiones: la primera, cuando le confió los manuscritos que habría de enseñarle a Humboldt; y la segunda, cuando lo eligió como su apoderado para contraer matrimonio por poder en Popayán, el 13 de mayo de 1810.

[10]​ El entusiasmo de Caldas por las ciencias fue compartido por Arboleda como amigo y mecenas, pero también como discípulo.

[12]​ Desde Popayán, Arboleda le costeó y envió a Caldas libros e instrumentos para sus estudios.

[13]​ Participaron juntos en varias excursiones y con Arboleda subió Caldas al volcán Puracé por vez primera, viaje en el que El Sabio descubrió el método para calcular la medida de las montañas,[12]​ que plasmó en su obra Ensayo de una memoria sobre un nuevo método de medir las montañas por medio del termómetro y el agua hirviendo.

[14]​ Tras ese mismo viaje, ambos elaboraron una Memoria sobre el volcán del Puracé, que contiene la determinación de la vegetación, el análisis de fuentes minerales y observaciones geodésicas, entre otros aspectos.

[25]​ José Hilario López, quien también participó en esa batalla siendo apenas un adolescente, describe en los siguientes términos la participación de Arboleda en el enfrentamiento bélico: Al año siguiente se desempeñó como comandante del departamento de Caloto.

[36]​ Fueron padres de Vicente Javier, María Andrea, Manuel Esteban y Domingo León Arboleda Valencia.