Va nàixer en el si d'una família il·lustrada amb títols de noblesa. El seu pare, Ángel Arenal i de la Cuesta, va ser un militar amb simpaties per la Constitució de 1812 i confiança en les possibilitats que oferia el liberalisme enfront de l'absolutisme de Ferran VII. Va morir quan ella a penes tenia nou anys.
Es va traslladar llavors amb la seua mare, Concepción Ponte i Tenreiro, i amb les seues germanes a la casa pairal en Armaño (Santander). Allí vivia la seua àvia paterna, Jesusa de la Cuesta. Encara que en 1835 es van instal·lar a Madrid, anys després va tornar a Armaño per a cuidar-la en la seua última malaltia. La formació intel·lectual de Concepción Arenal té així un primer fonament entre els records de l'àvia i la biblioteca familiar a la qual havia fet una bona aportació un oncle del seu pare, Juan Domingo del Arenal, sacerdot il·lustrat que havia viscut a Mèxic.
El 2 d'abril de 1848, Concepción Arenal va contraure matrimoni amb Fernando García Carrasco, amb qui va tenir una filla, Concepción, i dos fills, Ramón i Fernando. S'havien conegut en els cursos de la Facultat de Dret en la Universitat Central al voltant de 1842. Va ser aquesta la seua època d'assistència a les "càtedres públiques”, acadèmies i tertúlies literàries que Madrid albergava i per les quals penetrava l'esperit europeu millor que per la universitat, encara mediatitzada per l'absolutisme.
Va escriure obres literàries i teatrals fins la mort del seu espòs en 1857. Va abandonar Madrid i va passar tres hiverns entre Astúries i Cantàbria. Va vendre la casa d'Armaño i es va instal·lar a pocs quilòmetres, en Potes (Santander), on va reprendre una relació amb Jesús de Monestir. Ell arribava d'estudiar música a Brussel·les i havia pres contacte al París amb associacions que canalitzaven la caritat cristiana en una França post-revolucionària religiosament plural i on apuntava el laïcisme.
En aquest sentit, Concepción Arenal va escriure obres com La Beneficència, la Filantropia i la Caritat o Manual del Visitador del Pobre. Buscava harmonitzar les relacions Estat-Església-Societat civil dins dels llits liberals. La sensibilitat humanitària, el sentit de justícia, l'organització racional dels recursos eren la base d'una bona estructura de beneficència. Però aquestes idees no van tindre massa pes a Espanya, encara que la seua obra va circular fora de les nostres fronteres ben acollit per les esglésies protestants.
Va arribar a tindre un lloc en l'Administració de l'Estat, cosa insòlita si només s'haguera atés la seua condició de dona. El seu nomenament com a visitadora de presons en 1863 era en un primer moment a Madrid, però ella va forçar el seu destí a La Corunya donant suport a l'estructura de beneficència de la comtessa d'Espoz i Mina. Va participar en 1869 en la fundació de l'Ateneu de Senyores de Madrid i la seua faceta com a periodista va recobrar força.
En els seus articles va reivindicar l'emancipació liberal femenina. Arenal va intentar establir també una Associació per a les classes més baixes dins de la xarxa internacional encapçalada per Josephine Butler, anglicana que va fundar la Federació Abolicionista Continental en 1876. L'objectiu era abolir la reglamentació de la prostitució per part de l'Estat.
També va tindre destacades intervencions per a l'arrelament a Espanya de la Creu Roja Internacional. Va reclamar del Govern les primeres adhesions, va publicar nombrosos articles antibel·licistes i va tindre presència als hospitals durant la guerra entre liberals i carlistes. La revista La Veu de la Caritat, de la qual era col·laboradora principal, va arribar a convertir-se en 1874 en òrgan oficial de la Creu Roja.
Va reivindicar l'educació concebuda com a dret humà i necessitat social, la qual havia de ser obligatòria i garantida des de l'Estat. La lliure iniciativa per si mateixa no era suficient. A més, l'Escola obligatòria havia de ser neutral en matèries greus i controvertides, respectant la llibertat de consciència.
Anys després de la seua mort en 1893 va aparéixer una línia reinterpretativa sobre la seua vida i obra per la tradició catòlica que ha arribat fins als nostres dies. L'humanisme liberal, organicista, progressista i cristià reformista de Concepción Arenal està fonamentat en claus universals de perfectibilitat: la intel·ligència cerca les veritats, la vida moral tendeix cap a allò bo i just, la sensibilitat cap a la bellesa. A partir d'ací es veu possible avançar mitjançant les llibertats cap a la igualtat d'oportunitats i una producció-distribució més equitativa de la riquesa.