Еще в детстве под руководством матери овладел французским и немецким языками. Уже взрослым самостоятельно выучил английский и польский языки.

Семья Фраучи была близка к революционным кругам России. После поражения первой русской революции 1905—1907 годов в семье скрывались большевики Подвойский, Ангарский, его брат Клестов и будущий видный чекист, член Коллегии ВЧК—ОГПУ Михаил Кедров, который позднее сыграл значительную роль в жизни Артура.

В 1909 году с золотой медалью окончил Новгородскую мужскую гимназию и поступил на металлургический факультет Петербургского политехнического института. Летние каникулы провел в Петербурге, по заданию Кедрова развозил пакеты с запрещенной большевистской литературой, приобретая первые навыки конспирации. Во время учебы в Политехническом институте активно участвовал в работе нелегальных партийных кружков.

Незадолго до Февральской революции 1917 года, получив диплом с отличием по специальности инженера-металлурга, Артур Фраучи стал работать в Металлургическом бюро, которым руководил выдающийся русский ученый-металлург В. Е. Грум-Гржимайло. При советской власти Металлургическое бюро преобразовали в Государственный институт по проектированию агрегатов сталелитейного производства — «Стальпроект».

Сослуживцы и сам профессор В. Е. Грум-Гржимайло прочили Артуру блестящую карьеру на инженерном поприще, однако он пошел иным путем. В декабре 1917 года вступил в большевистскую партию и целиком посвятил себя политической деятельности, навсегда оставив карьеру инженера. Тогда же берет партийный псевдоним Артузов, ставший позже его официальной фамилией. В Военной организации большевиков Артузов познакомился с профессиональным революционером, будущим преемником Дзержинского на посту председателя ОГПУ Менжинским, под руководством которого он позже разработает и осуществит ряд блестящих чекистских операций по обезвреживанию контрреволюционного подполья.

Весной 1918 года в северных районах России, особенно в Мурманске и Архангельске, создалась сложная и опасная обстановка. 6 марта в Мурманске высадился английский десант под предлогом защиты Севера от германского вторжения. За ним вскоре последовали французские и американские интервенты. К началу июля в Мурманске под командованием английского генерала Ф. Пула уже находилось до семнадцати тысяч интервентов, которых поддерживали около пяти тысяч белогвардейцев.

Совет народных комиссаров направляет на Север специальную комиссию под руководством М. С. Кедрова. В ее составе в качестве секретаря работает и Артузов. Сотрудники комиссии Кедрова устанавливали советскую власть на Севере России. Артузов принимал участие в боях с английскими интервентами под Архангельском. Ему была поручена эвакуация стратегических грузов из Архангельского порта. В короткий срок оттуда было вывезено свыше 40 миллионов пудов угля и большое количество боеприпасов.

К осени 1918 года функции комиссии Кедрова были исчерпаны. Артузов переезжает в Москву и по рекомендации Кедрова поступает на службу в ВЧК. Работает особоуполномоченным и следователем ВЧК, выполняет ответственные задания Дзержинского и Менжинского на Западном и Юго-Западном фронтах, принимает непосредственное участие в операциях по ликвидации крупных контрреволюционных организаций.

В начале 1920 года Артузов становится начальником Особого отдела ВЧК. Поскольку весной того же года панская Польша при поддержке Антанты начала войну против Советской России, Артузов трижды выезжал на фронт с мандатом ВЧК для согласования деятельности Особых отделов фронтов и армий.

В мае 1922 года из Особого отдела был выделен контрразведывательный отдел (КРО), возглавить который поручили Артузову. На этом посту он принимал непосредственное участие в проведении многих чекистских операций, в частности в ликвидации заговора монархистов-николаевцев, знаменитой операции «Синдикат-2» по выводу в СССР и аресту известного террориста Бориса Савинкова, в операции «Трест», завершившейся арестом международного шпиона и заговорщика, британского разведчика Сиднея Рейли, и многих других. Эти операции стали классическим примером совместной работы разведки и контрразведки и вошли в учебники многих спецслужб мира.

Летом 1930 года внешняя разведка органов государственной безопасности — ИНО ОГПУ — начала разработанную под руководством Артузова операцию под кодовым названием «Тарантелла». Ее целью являлось продвижение через подставную агентуру ОГПУ направленной информации в британские руководящие круги и штаб-квартиру СИС. По своей значимости «Тарантелла» смело может быть поставлена в один ряд с операциями «Трест» и «Синдикат». О наиболее существенных специальных мероприятиях «Тарантеллы» докладывалось непосредственно Сталину.

1 августа 1931 года Артур Артузов был назначен начальником внешней разведки и введен в состав коллегии ОГПУ. Одновременно он являлся кандидатом в члены ЦК партии.

В то время одним из главных зарубежных центров советской внешней разведки являлся Берлин, откуда разведывательная работа велась не только по Германии, но и по соседним странам и даже США.

«Легальным» резидентом ОГПУ в Берлине с 1931 года был видный разведчик Борис Берман, который руководил агентурной сетью непосредственно в Германии. Одновременно там находилась региональная резидентура, возглавляемая заместителем Артузова Абрамом Слуцким, который в 1936 году сменил его на посту начальника внешней разведки. Эта резидентура из Берлина руководила действиями резидентур в пятнадцати странах.

От надежных источников, имевших доступ к секретным документам МИДа Германии, других министерств и ведомств, люфтваффе, руководства национал-социалистической партии, полицай-президиума, гестапо, поступала ценнейшая информация о планах и намерениях гитлеровцев в отношении нашей страны и Европы в целом.

Выдающихся результатов в этот же период добилась действовавшая с позиций Франции нелегальная резидентура, которую возглавлял Борис Базаров. Под его руководством разведчик-нелегал Дмитрий Быстролётов, специализировавшийся на добывании шифров европейских стран, сумел завербовать сотрудника британского Форин Оффис «Арно», от которого поступали ценнейшие документальные материалы.

В 1933 году по инициативе Артузова была воссоздана нелегальная резидентура в Англии, руководимая знаменитым разведчиком-нелегалом Арнольдом Дейчем, лично завербовавшим свыше двадцати агентов. Этой резидентурой была приобретена знаменитая «Кембриджская пятерка».

В мае 1934 года, когда угроза гитлеровской агрессии стала реальностью и не исключалось создание блока западных стран на антисоветской основе, Политбюро рассмотрело вопрос о координации деятельности военной и политической разведок. Начальник ИНО ОГПУ Артузов был назначен по совместительству заместителем начальника Разведывательного управления РККА. 21 мая 1935 года он был освобожден от обязанностей начальника ИНО НКВД и полностью сосредоточился на работе в военной разведке, которую тогда возглавлял Ян Берзин.

Уже за первый год своей работы в военной разведке Артузов многое сделал для совершенствования ее деятельности. Однако положение его в Разведупре, несмотря на успешную деятельность, было непрочным. Нарком обороны Ворошилов с подозрением относился к нему и другим чекистам, пришедшим в военную разведку, считая, что они подосланы Сталиным для наблюдения за ним. Началось неприкрытое выживание Артузова и других бывших сотрудников НКВД из военной разведки. 11 января 1937 года по предложению Ворошилова Политбюро приняло решение освободить Артузова от работы в военной разведке и направить его в распоряжение кадров НКВД.

На Лубянке Артузов оказался не у дел, а его уникальный разведывательный опыт невостребованным. Артузова направили в архивное подразделение — якобы для написания книги, приуроченной к двадцатой годовщине органов государственной безопасности.

Награжден двумя орденами Красного Знамени и двумя нагрудными знаками «Почетный работник ВЧК — ГПУ» (1923, 1932).

В ночь на 13 мая 1937 года Артур Артузов был арестован в своем служебном кабинете на Лубянке.