В начале XVIII века на территории Печерска была построена крепость, во дворах которой располагались помещения для хранения артиллерийского имущества, а также мастерские, в которых изготавливались крепостные, осадные и полевые пушки, и боеприпасы к ним.

В 1750 г. императрица Елизавета Петровна подписала Указ о сооружении в Киеве большого «магазейна» (арсенала) крепостного типа. А во времена правления Екатерины II, в 1764 году было издано «Положение о Киевской арсенальной команде». Этот год и принято считать датой фактического учреждения Киевского арсенала.

Оружие Киевского арсенала, вывезенное в Москву, Тулу, Муром, было со временем использовано в знаменитой Бородинской битве и сыграло важную роль в разгроме врага. О весомом вкладе арсенальцев в победное завершение русско-турецкой войны свидетельствует установленный в 1833 году возле стен «Арсенала» своеобразный памятник — шесть пирамид из трофейного турецкого оружия.

В 1854 году Киевский арсенал перевели на территорию Новой Печерской крепости, где он расположен до сегодняшнего дня.

Все годы существования «Арсенала» до Первой мировой войны завод приравнивался к строевой артиллерийской бригаде. Начальником «Арсенала», как правило, был артиллерийский генерал, все руководящие чины — офицеры, везде армейская дисциплина. Основная продукция — изготовление и ремонт пушек, холодного оружия и других видов военного снаряжения.

Арсенальцы всегда были признанными мастерами своего дела. Так, например, на промышленно-художественных выставках в Москве 1882 года, в Нижнем Новгороде 1896 года и на Всемирной выставке в Париже 1900 года они получили награды за свои изделия.
XX век в истории завода — это и годы трудных испытаний и человеческих жертв (Первая мировая война 1914-1918 годов, Январское восстание 1918 года, Великая Отечественная война 1941-1945 годов), и годы весомых трудовых свершений и утверждения авторитета марки киевского «Арсенала».

Во время Великой Отечественной войны завод был эвакуирован в г. Воткинск (Россия). На его базе было создано большое предприятие по производству военной техники, которое действует и до настоящего времени.

После окончания войны, со второй половины 1945 года, на заводе «Арсенал» началось перепрофилирование и создание нового производства — оптического. В 1947 году в эксплуатацию были введены оптический и сборочный цеха и начат выпуск фотоаппаратов «Киев», объективов, геодезических приборов.

С 1953 года на заводе освоено производство авиационных прицелов, тренажеров, оптико-механических станций для юстировки и выверения радиокомандных систем наведения баллистических ракет первого поколения.

С декабря 1954 года на предприятии было организованно Центральное конструкторское бюро, завод начал выпускать продукцию собственной разработки. Сначала это были фотоаппараты, нивелиры, теодолиты, потом появились собственные разработки и в области военной техники.

С конца 50-х годов проводятся работы по созданию прицельных систем ракетных и ракетно-космических комплексов. С тех пор ни один старт космических кораблей, начиная с полета Юрия Гагарина, не прошел без применения аппаратуры завода «Арсенал».

В 60-70-х годах на заводе создают и выпускают целый ряд авиационных прицелов для самолетов типов Миг-17, Миг-19, Миг-23, Су-7, Су-24, Ан-12.Ил-76, вертолетов КА-25 и МИ-14. В конце 70-х в 80-тые года были созданы и поставлены на вооружение прицельные системы нового поколения, которые автоматически решают задачи прицеливания пулеметно-пушечного вооружения самолета и прицельного бомбометания в разных режимах полета (устанавливались на все истребители-бомбардировщики Микояна и Сухого и вертолеты Камова и Миля).

В конце 70-х годов разработаны и серийно производятся нашлемные системы целеуказания, которые установлены на разных модификациях самолетов СУ-27 и МИГ-29.
Завод «Арсенал» одним из первых в СССР разработал и освоил производство лазерного гирометра, на основе которого были созданы моноблочные лазерные держатели азимутального направления прицеливания ракетных комплексов при сверхбольших динамических влияниях ударной волны в случае ядерного удара.

Завод также изготовлял поисковую аппаратуру для военно-морского флота, авиации, космических кораблей.

О высоком спросе и качестве продукции завода «Арсенал» говорит тот факт, что все космические старты бывшего СССР и России обеспечиваются с использованием арсенальских оптико-электронных систем ориентирования. Гордостью «Арсенала» является созданный в 70-х годах комплекс имитаторов внешней визуальной обстановки, которые создают полную иллюзию маневрирования и управления космически кораблем при наземном тренаже космонавтов. Имитаторами, изготовленными на заводе, укомплектованы моделирующие стенды и тренажеры, в том числе для станции «Мир» и космического корабля «Буран».

Авиационные нашлемные системы целеуказания, которые разработаны и изготавливаются на заводе, используются на самолетах типов МиГ-29 и Су-27 в комплексе с созданными также на заводе «Арсенал» головками самонаведения для ракет «воздух-воздух», получили высокую оценку специалистов многих стран и до настоящего времени по основным параметрам превосходят показатели светового уровня.

В последние годы «Арсенал» освоил производство дорожных светофоров на светоизлучающих диодах.

Согласно Распоряжению Кабинета Министров Украины от 29 апреля 2004 года № 278-р Государственное предприятие «Завод «Арсенал» входит в сферу управления Национального космического агентства Украины.