Nació en San Francisco, el 3 de Enero de 1900, y creció rodeada de de actores y cineastas que solían concurrir al restaurant de su padre en Hollywood. Fue la única mujer (no la primera) que dirigió en Hollywood durante la década de los 30 y 40, un período muy fértil en la producción cinematográfica. Fue una de las pocas mujeres que junto a la conocida Ida Lupino se hizo un nombre en ese lugar. Estudió durante un tiempo medicina, pero pronto se inclinó por el cine. Tenía algunas conexiones con William De Mille, que en ese entonces era el fundador de los estudios Paramount. Comenzó a trabajar como secretaria, pero durante esos tres años las cosas fueron cambiando, primero pasó a trabajar como guionista  y luego como editora. Era común que las mujeres llegaran a ocupar ese tipo de trabajos en el Hollywood de ese entonces; con el correr del tiempo dio muestras de su habilidad como directora primero y luego fue convocada para escribir y editar varios films de James Cruze, para que finalmente le dieran la oportunidad de dirigir el film Fashions of Women, film que tuvo un gran éxito comercial. 

Entre sus películas figuran: 1927 Fashions for Women (La Reina de la Moda); Ten Modern Commandments (Un Paso a Media Luz); Get Your Man (No lo Dejes Escapar), en 1928 Manhattan Cocktail, en 1929 The Wild Party (La Loca Orgía), en 1930 Sarah & Son (Toda una Vida); Behind the Make Up (co-dirigida con Robert Milton); Anybody´s Woman:Working Girls: Paramount on Parade (co-dirigida con Otto Brower, Edmound Goulding, Victor Heerman, Edwin H. Knopf, Rowland V. Lee, ErnstLubitsch, Lothar Mendes, Victor Schertzinger, Edward Sutherland y Frank Tuttle) (episodio The Vagabond King), en 1931 Honor Among Lovers (Honor entre Amantes), en 1932 Merrily We go to Hell (Tuya para Siempre), en 1933 Christopher Strong (Hacia las Alturas), en 1934 Nana (La Reina del Boulevar) en 1936 Craig´s Wife (La Mujer sin Alma), en 1937 The Bride Wore Red, en 1940 Dance, Girl, Dance; en 1943 First Comes Courage. En  The Wild Party (La loca orgía), donde actuarían los desconocidos en ese entonces Clara Bow y Frederic March, en sus primeros papeles para el cine, un film particularmente importante dentro de lo que sería el cine sonoro, ya que incorporó una especie de micrófono que le permitía a Bow moverse más libremente en el set de filmación, se encuentra una de código lésbico, de los que luego serían los más comunes tópicos sobre colegios femeninos y relaciones lésbicas, que por ejemplo llevaría al cine Leontine Sagan un par de años después en Mujeres en uniforme. Códigos que además aparecerán en otros films de Arzner, como por ejemplo la relación entre Madame Basilova y Judy en el film Dance, Girl, Dance.En su haber tiene varios films interesantes además entre ellos Working Girls, una película sobre mujeres que intentan sobrevivir en la ciudad de Nueva York durante la época de la depresión económica. Años más tarde la directora feminista Lizzie Borden haría un film con el mismo título explorando la vida de mujeres prostitutas.  Fue quien lanzó por primera vez además, a la pantalla grande a quienes luego serían figuras como Katherine Hepburn , Rosalind Russell, y Lucille Ball en  Dance, Girl, Dance (1940).  Muchos de esos films como Dance, Girl, Dance, La canción de Christopher y Working Girls,  se convertirían luego en obras que rescatarían las feministas por sus valores. Románticamente fue vinculada a muchas mujeres, Clara Bow, Claudette Colbert, Rosalind Russell, Katherine Hepburn, y Joan Crawford. Vivió durante mucho tiempo con la coreógrafa Marion Morgan desde 1930 hasta 1971 año de la muerte de Morgan. Dejó de dirigir películas en el año 1943 por motivos que no fueron claros, ni han sido esclarecidos, y se dedicó a hacer comerciales y películas específicas para la armada, a pedido de quien se rumoreaba era entonces su amante: Joan Crawford.Produjo además algunas obras, y durante los años 60 y 70 fue profesora en la UCLA, donde enseñó dirección y guión hasta su muerte en el año 1969.