Арсений Самсонов родился в 1990 году в Москве. В 2009 году окончил Академический музыкальный колледж при Московской консерватории (класс Анатолия Дёмина), в 2014 году — Московскую государственную консерваторию имени П. И. Чайковского (класс Игоря Макарова).
Участвовал в фестивалях в России и Европе как солист и в составе оркестров. Выступал в оркестрах под управлением Мариса Янсонса, Геннадия Рождественского, Семена Бычкова, Александра Лазарева, Владимира Юровского, Кента Нагано, Михаила Плетнёва, Юрия Симонова.
В 2011–2017 гг. — солист Академического симфонического оркестра Московской филармонии. С 2017 года — солист Национального филармонического оркестра России, заместитель концертмейстера группы валторн.