Real Madrid altyapısında yetişmiş ve 31 Ocak 2007'de Liverpool'a 2,5 milyon Pound karşılığında transfer oldu. Eğer Arbeloa, başka bir takımla sözleşme imzalarsa; Real Madrid bu transferden %50 pay almıştır. Liverpool defansının sağ bekinde görev yapmıştır.

İlk Premier League maçını, 10 Şubat 2007 tarihinde Newcastle United'e karşı oynamıştır. Liverpool'daki ilk golünü ise Reading FC karşısında 7 Nisan 2007 tarihinde atmıştır.

30 Temmuz 2009'da Real Madrid'le anlaşan Arbeloa, Real Madrid alt yapısında yetişip tekrar Real Madrid'e dönen üçüncü oyuncu oldu.[1] Daha önce de Alvaro Negredo ve Esteban Granero Real Madrid'e dönmüştü.

1 Şubat 2008'de İspanya Millî Futbol Takımı'na çağrılmış ve ilk defa millî takım formasını, 6 Şubat'taki Fransa ile yapılan hazırlık maçında giymiştir.