Ксения Арсенова родилась в 1996 году в Москве. Окончила Московскую среднюю специальную музыкальную школу (колледж)имени Гнесиных (2014, класс Марии Чепуриной) и Московскую государственную консерваторию имени П. И. Чайковского(2019, класс Марии Чепуриной). Обучалась также в Венском университете музыки и исполнительского искусства у профессора Гизелы Машаехи-Бер (2013–2015).
Лауреат Международного телевизионного конкурса юных музыкантов «Щелкунчик» (2008, Золотой Щелкунчик), Международного юношеского конкурса имени Е. А. Мравинского в Санкт-Петербурге (2010, II премия),Всероссийского конкурса артистов симфонического оркестра в Москве (2019, 2021, II премия; 2020, III премия; 2022, I премия). Дипломант Международного радиоконкурса юных музыкантов «Концертино Прага» (2011).Была стипендиатом и участницей программ благотворительных фондов Владимира Спивакова, Юрия Розума, «Новые имена» и «Возвращение».
Принимала участие в сессиях Молодежного фестивального оркестра в Вербье (Швейцария, 2013) и Международном фестивале Peregrinos Musicales в Сантьяго-де-Компостела (Испания, 2015).
Выступала в залах Московской консерватории, Московского международного Дома музыки, Концертном зале имени П. И. Чайковского, Оружейной палате Московского Кремля, Большом зале Государственного Кремлевского дворца, Большом театре России, Государственном музее изобразительных искусств имени А. С. Пушкина, Музее имени Н. К. Рериха, Музее-квартире С. Т. Рихтера, Московском театре «Новая опера» имени Е. В. Колобова, Дворце на Яузе. Гастролировала в Чехии, Германии, Франции, Норвегии, Испании, Швейцарии и Австрии.
Работала в Симфоническом оркестре радио «Орфей» (2015–2019, солист-регулятор и концертмейстер группы флейт) и Калужском молодежном симфоническом оркестре имени С. Т. Рихтера (2016–2019, концертмейстер группы флейт).
Сотрудничала с Госоркестром России имени Е. Ф. Светланова, Большим симфоническим оркестром имени П. И. Чайковского, Государственным симфоническим оркестром «Новая Россия», Московским государственным академическим симфоническим оркестром, Государственным камерным оркестром «Виртуозы Москвы», Московским камерным оркестром Musica Viva, Государственным академическим камерным оркестром России, Юношеским симфоническим оркестром России имени Л. В. Николаева, Камерным оркестром «Гнесинские виртуозы», оркестрами Нижегородской, Пензенской, Тверской, Костромской и Ярославской филармоний.
С 2018 года – артистка Российского национального молодежного симфонического оркестра (с 2022 года – концертмейстер группы флейт). В составе РНМСО выступала в Золотом зале Музикферайна в Вене и на Люцернском летнем фестивале (Швейцария).
