Cécile Arrieumerlou studierte Biologie und promovierte 1999 in Zellulärer Immunologie an der Universität Paris-Süd Orsay. Anschliessend forschte sie für fünf Jahre als Postdoc an der Stanford University School of Medicine. 2006 folgte Arrieumerlou einem Ruf des Biozentrums und wurde Assistant Professor für Infektionsbiologie. In ihrer Forschung konzentrierte sie sich auf die Untersuchung der Immunreaktion von Wirtszellen während bakterieller Infektionen, im speziellen die Erforschung der molekularen Prozesse während der Interaktionen zwischen Pathogen und Wirt. 2013 ging Cécile Arrieumerlou als Professorin für Immunologie an das Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm) in Paris.