Arnaud de Tarlé débute sa carrière comme officier en second du bâtiment de débarquement « Francis Garnier » (Martinique) en 1983, avant d’être nommé en 1985 Commandant du patrouilleur « Guépard ». Entre 1987 et 1995, il sera successivement Officier à bord des frégates « La Motte Picquet », « Suffren » et « Dupleix » où il effectue des opérations de déploiement en mer Adriatique (Yougoslavie) et en océan Indien (golfe Persique et Somalie) et en Méditerranée.

De 1995 à 1997, il est Commandant de l’Aviso « Commandant Birot », où il effectue des opérations en mer Adriatique (Yougoslavie) et en océan Indien (golfe Persique), ainsi qu’un déploiement en mer Noire.

En 1998, il rejoint l’État-major de la Marine pour la préparation des programmes d’armement (BPC, FREMM) et de la LPM, qu’il quittera en 2001 pour commander la frégate « Latouche Tréville » et effectuer des opérations Enduring Freedom (océan Ondien), Amarante (méditerranée Orientale) et des opérations de sûreté de la FOST, et un déploiement en mer de Norvège.

De 2005 à 2008, il est en charge du suivi des programmes d’armement, de la préparation du Livre Blanc et de la LPM à l’État-major des Armées.

Contre amiral Arnaud de Tarlé est Chargé des études prospectives et stratégiques à l’État-major des Armées depuis 2008.