Depuis sa sortie du Conservatoire d'art dramatique de Montréal en 2007, François Arnaud a foulé les planches du théâtre avec Carl Béchard (L'imprésario de Smyrne de Goldoni), Benoît Vermeulen (Tendres totems et croquis cruels de Francis Monty), Amanda Kellock (Scapin the schemer, adaptation de la pièce de Molière), Teo Spychalski (L'heure du lynx de Per Olov Enquist) et Luce Pelletier (Awake and Sing de Clifford Odets). Au conservatoire, il a joué sous la direction de grands talents, dont Claude Poissant, Hugo Bélanger et Patricia Nolin.

À la télévision, on a pu le voir dans Taxi 0-22 de Patrick Huard, dans The Double life of Eleanor Kendall de Richard Roy ainsi que dans Yamaska de Michel D'Astous et d'Anne Boyer. Sa performance lui a d'ailleurs valu une nomination aux prix Gémeaux de 2010 (catégorie « Meilleur premier rôle masculin : téléroman »).

Au cinéma, François a tourné pour Les grandes chaleurs, un film de Sophie Lorain écrit par Michel Marc Bouchard dans lequel il campe le personnage de Yannick aux côtés de Marie-Thérèse Fortin. Il a également interprété le rôle d'Antonin dans le film J'ai tué ma mère, écrit et réalisé par Xavier Dolan, primé entre autres au Festival de Cannes en 2010.

En ce moment, il interprète le rôle de Cesar Borgia aux côtés de Jeremy Irons dans la série à  grand déploiement The Borgias, réalisée par Neil Jordan et diffusée sur Showtime. Le tournage de la troisième saison s'est déroulé cet été à  Budapest, en Hongrie, mais avant de quitter le continent, il a participé au tournage du long-métrage américain Copperhead, de Ron Maxwell.