L’attività di Arnolfo si suole dividere tra un periodo di discepolato presso Nicola Pisano, contemporaneo a intensi rapporti con Carlo d’Angiò, e culminante nell’autonoma impresa della “Fontana Minore” a Perugia.

Tra le opere certe del maestro, si trova la Tomba di Adriano V a Viterbo, il Monumento Annibaldi in San Giovanni in Laterano a Roma, opera eseguita tra il 1276 ed il 1277 e di cui non rimangono che pochi resti tra i quali il frammento con “Processione di chierici”, nel quale si può vedere la tecnica dei marmorari romani cosmati dove le figure sono isolate su un fondo lavorato a mosaico. La stessa tecnica la si può trovare nel Presepio dell’Oratorio di Santa Maria maggiore a Roma. Sempre a Roma, nei Musei Capitolini, si trova la statua di Carlo d’Angiò in trono. Un’opera del Maestro eseguita nel 1282, la si può ammirare nella chiesa di San Domenico ad Orvieto: il Monumento funebre del cardinale Guillaume de Braye. Nel 1283 scolpì il primo presepe: otto statuette realizzate in marmo che rappresentano i personaggi della Nativita’ ed i Magi e furono scolpiti per la basilica mariana sull’Esquilino, chiamata fin dal VI secolo “Sancta Maria ad praesepe“, oggi Santa Maria Maggiore a Roma.
Del 1285 è il ciborio di San Paolo fuori le mura a Roma, nel quale collaborò Pietro di Oderisio. Propose in quest’opera uno schema architettonico di linea gotica ornato da motivi decorativi e plastici classico-cosmateschi. Realizzò inoltre, nel 1293, il ciborio per la Chiesa di Santa Cecilia in Trastevere caratterizzato da figure più massicce che risaltano sulle superfici policrome dello sfondo. Oltre ad essere uno scultore, Arnolfo di Cambio è anche un pittore: prima del 1295 infatti, ritroviamo la sua opera nel “Maestro di Isacco” nella Basilica Superiore di Assisi.
Nel 1296, Arnolfo, chiamato a Firenze, esegue diverse sculture per la facciata del Duomo come la Natività (oggi al museo dell’opera del Duomo), la Dormitio Virgis (oggi ai musei di Berlino) e la Madonna in trono.
Una delle ultime opere di Arnolfo di Cambio fu il Monumento funerario di Bonifacio VIII del quale ci restano solo alcune parti nelle grotte vaticane, tra le quali la statua del pontefice giacente.
A Firenze, certa e documentata è l’attività in Santa Maria del Fiore e in Santa Croce, leggendario il ruolo nella progettazione di Palazzo Vecchio e ancora da indagare è il ruolo nella costruzione della Badia.

La biografia indiziaria include lavori per Assisi, studi e progetti per le maggiori opere urbanistiche dell’epoca, e segnala rapporti con i principali centri della cultura architettonica e della scienza ottica attivi in Europa sul volgere del XIII secolo.