Родился в селе Мироханово Чухломского уезда Костромской губернии в семье православного священника.
В 1799-1806 гг. учился в Костромской духовной семинарии.
В 1810 г. окончил Педагогический институт в Петербурге и оставлен преподавать латинский язык и географию.
В 1824-1828 гг. — редактор Комиссии по составлению законов.
В 1828-1837 гг. преподавал статистику, географию и историю цесаревичу Александру Николаевичу.
(российский император Александр II [1855 - 1881])
С 1832 г. — член Совета Министерства внутренних дел.
В 1836 г. — действительный член Российской академии.
В 1841 г. — академик Петербургской академии наук.
В 1845 г. — один из основателей Русского географического общества.
В 1848 г. опубликовал фундаментальный труд «Статистические очерки России.
За личные заслуги получил потомственное дворянство
В 1837 г. посещал Курск, когда вместе с В. А. Жуковским сопровождал в путешествии на юг цесаревича.
Гостил у Ф. А. Семёнова.
В своих «Путевых заметках о южной России» К.И. Арсеньев привёл интересные географические сведения о Курской губернии, в частности, описание усадьбы Барятинских "Марьино".