Actualmente es reconocido por interpretar el personaje de Nathan en 120 latidos por minuto.

[1]​ Formado en la clase gratuita del curso de Florent, Arnaud Valois se hizo conocido con Charlie 's Charlie, la película de Nicole Garcia, lanzada en 2006, en la que interpretó uno de los papeles principales junto a Vincent Lindon y Benoît Magimel.

A continuación, protagoniza Cliente de Josiane Balasko y La chica del tren de André Téchiné.

Durante su presentación, tuvo éxito en el Festival de Cannes.

Debido a su interpretación, obtuvo una nominación en los Premios Lumieré como Mejor Revelación masculina.