Уроженец города Орска Оренбургской губернии Русской империи. Православный.

Михаил Арсеньев 5 сентябре 1893 г. из числа офицеров Алайского резервного отряда генерального штаба капитан 2-го Туркестанского линейного батальона с 20-ю стрелками принимал участие в боевых действиях в составе летучего отряда полковника Михаила Ефремовича Ионова на р. Бартанг в Рушане на Памире.

Проходил военную службу с 1910 г. в офицерском составе в 3-м Закаспийском стрелковом батальоне. С 20 февраля 1910 г. из 3-го и 4-го Закаспийских стрелковых батальонов был сформирован 18-й Туркестанский стрелковый полк Туркестанского военного округа.

С июля 1903 по конец 1905 г. М. Арсеньев был назначен начальником Памирского отряда Туркестанского военного округа Русской императорской армии. В 1905 г. в городе Ташкенте прошло специальное совещание, на котором была выработана и утверждена инструкция начальника Памирского отряда, где начальник наделялся одновременно правом уездного начальника. Июль месяц 1903 г. еще и знаменателен (для Арсеньева) тем, что священник Вячеслав Соколов в присутствии начальников Памирского отряда Снесарева и сменяющего его М. Арсеньева освятил здания нового Памирского поста в Хороге на Памире Ферганской области Туркестанского генерал-губернаторства Российской империи.

С начала 1909 г. Михаил Михайлович Арсеньев проходил службу в 19-м Туркестанском стрелковом батальоне, который располагался в центре Керкинского бекства г. Керки в Бухарском эмирате.

В 1910 г. служил в 1-м батальоне 11-го Туркестанского стрелкового полка, принимал активное участие в Первой мировой войне с 1914 г., с самого ее начало, сначала в оборонительных, затем и в наступательных действиях. В 1915 г. полк был развернут в 4-х батальонный состав и продолжал активно участвовать в боевых действиях в рамках расширения русской армии в начале Первой мировой войны.

Полковник Генерального штаба с начала 1914 г.