Konstantin Ivanovich Arsenev wurde im Dorf Mirokhanovo in der Provinz Kostroma in einer Familie von orthodoxen Priestern geboren. 1799 und 1806 studierte er an der Seminar, danach ging er nach Petersburg. 1810 schloss er das Pädagogische Institut ab und blieb dort, um Latein und Geographie zu unterrichten.

Im November 1812 kam Arsenev zusammen mit Lehrern und Studenten des Instituts, die aufgrund des Vaterländischen Krieges aus der Hauptstadt evakuiert worden waren, in Petrosawodsk an. Dort studierte er die Geschichte der Olonezischen Bergwerke.

1820 wurde Arsenev Mitglied der Petersburger Loge „Ausgewählter Michael“. 1819 wurde er zum außerordentlichen Professor für Geographie und Statistik an der Universität St. Petersburg ernannt, wurde jedoch zwei Jahre später aufgrund seiner liberalen Ansichten entlassen. Runich, der die Vorlesungen von Arsenev prüfte, fand darin „schädliche Stellen“ und stellte deren Vortrag ein. Arsenev drohten ernsthafte Konsequenzen, aber sein Schutz durch den Großherzog Nikolai Pawlowitsch rettete ihn. Er setzte seine Lehrtätigkeit an der Hauptingenieurschule und der Michail-Artillerieschule fort und widmete seine „Geschichte der Völker und Republiken des antiken Griechenlands“ dem Kaiser.

1824 und 1828 war Arsenev Redakteur der Kommission zur Erstellung von Gesetzen. Von 1828 bis 1837 unterrichtete er Statistik, Geographie und Geschichte den zukünftigen Zaren Alexander II., begleitete ihn auf Reisen durch Russland und setzte sich für A. I. Herzen ein. In dieser Zeit leitete Arsenev auch den Statistischen Ausschuss des Innenministeriums und veröffentlichte die Arbeit „Statistische Skizzen Russlands“. Er war Geheimer Rat und unterrichtete an der Reformschule.

1845 wurde Arsenev einer der Gründer der Russischen Geographischen Gesellschaft. 1853 trat er in den Ruhestand. Im Juni 1864, schwer krank, zog er zu seinem ältesten Sohn J. K. Arsenev, der Gouverneur von Olonez war, nach Petrosawodsk und lebte bis zu seinem Tod am 29. November 1865 bei ihm. Er wurde in der Kreuzerhöhungskathedrale in Petrosawodsk beigesetzt.