Der 37-Jährige erhielt einen Vertrag bis 2023 bei den Nordlondonern, wird zum Nachfolger von Unai Emery, der am 29. November entlassen worden war. Zuletzt hatte Vereins-Ikone Freddie Ljungberg die Gunners interimistisch betreut.
Arteta kickte zwischen 2011 und 2016 für Arsenal, war zuletzt Assistenztrainer von Pep Guardiola bei Manchester City.
"Das ist eine riesige Ehre für mich. Arsenal ist einer der größten Klubs der Welt", so der Spanier, der sich hohe Ziele gesteckt hat. "Wir müssen wieder um große Titel mitspielen."