Арсений Самсонов родился в Москве. Обучался в Государственном училище духового искусства, Центральной музыкальной школе при Московской консерватории и Московской государственной консерватории имени П. И. Чайковского (класс профессора Анатолия Дёмина).

Участвовал в гастролях Молодёжного симфонического оркестра стран СНГ под руководством Юрия Башмета, в концертах Российского национального оркестра, Госоркестра России имени Е. Ф. Светланова, Национального филармонического оркестра России, Государственного камерного оркестра «Виртуозы Москвы», Симфонического оркестра Мариинского театра.

С 2011–2017 гг. – солист Академического симфонического оркестра Московской филармонии. С 2017 года – артист Национального филармонического оркестра России и Государственного камерного оркестра «Виртуозы Москвы».

Гастролировал в Великобритании, Германии, Франции, Японии, Бельгии, Китае, Нидерландах, Италии, Аргентине, Испании, Южной Корее, Польше, Греции, Литве, Латвии, Эстонии.