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L'ancien nom de la commune est Saint-Saturnin d'Arnas.
Le bourg était situé sur une voie romaine.
L'église Saint-Saturnin fut construit avant 1020 par les seigneurs de Chamelet, de la branche aînée de la maison de Semur-en-Brionnais. En 1020, l'église était en indivision entre Asceline de Chamelet, abbesse de Péloges, monastère de femme située sur le territoire de la commune, et ses neveux et nièce Hugues, Bérard et Raimonde, femme de Guy, seigneur de Belmont (-d'Azergues). La moitié en fut cédée peu de temps après à l'abbaye de Savigny par la nouvelle Abbesse Astrude, après que Raimonde de Chamelet lui ait vendu ses parts.
Le monastère de Péloges n'existait déjà plus en 1117.
En 1814 le village donne son nom à la bataille d'Arnas qui oppose l'armée Française de Lyon à l'armée Autrichienne.
Une partie de Ouilly est rattachée à la commune en 1853.
Un projet de fusion des communes d'Arnas, Gleizé, Limas et Villefranche-sur-Saône n'aboutit pas en 1971.
Jusqu'en 2000 la commune était rattachée au canton de Villefranche-sur-Saône. Depuis elle a été intégrée au canton de Gleizé.