Andrea Arnold, née à Dartford, Kent, a grandi dans une famille ouvrière monoparentale. Elle est l’ainée de quatre enfants. Durant son adolescence, elle écrivait des récits sombres explorant l’expérience humaine. À l’âge de 10 ans, elle a rédigé sa première pièce exprimant son « horreur » face à la traite des esclaves. Elle a quitté l’école à 16 ans pour travailler comme animatrice et actrice à la télévision. Elle a ensuite étudié la réalisation au Conservatoire AFI de Los Angeles et s’est formée à l’écriture de scénarios au PAL Labs de Kent.
Parmi ses premiers courts métrages, on compte Milk (1998), qui a fait sa première à la Semaine internationale de la critique de Cannes et Dog. Elle a remporté l’Oscar du meilleur court métrage d’action en direct pour Wasp, en 2004.
Ses longs métrages, Red Road (2006), Fish Tank (2009) et American Honey (2016), ont tous obtenu le prix du jury au Festival de Cannes.
Elle a également réalisé quatre épisodes de la série Transparent, ainsi que les sept épisodes de la deuxième saison de la série HBO Big Little Lies.
Son documentaire Cow a fait sa première au Festival de Cannes et a été présenté au festival du film de Telluride en 2021.