Арнольд Дейч родился 21 мая 1904 года в семье мелкого торговца из Словакии, которая в те годы входила в состав Австро-Венгерской империи. В 1908-м его родители переехали в Вену.
В 1924 году Арнольд Дейч поступил на философский факультет Венского университета. Учёба давалась ему легко. Помимо философии Арнольд увлекался химией и психологией. В неполные 24 года с блеском защитил диссертацию по солям серебра, за что ему присвоили докторскую степень. В совершенстве владел пятью европейскими языками, впоследствии выучил ещё и русский.
Уже в юношеском возрасте у него обнаружились явные склонности к работе разведчика. Будучи студентом Венского университета, он вступил в Коммунистическую партию, всерьёз увлёкся идеями марксизма. Эти качества Дейча привлекли к нему внимание советской разведки. В январе 1932 года Дейч с женой Жозефиной Ланг приехал в Москву, где Арнольд получил назначение в международный отдел Коминтерна. А в августе того же года Дейч был принят на работу в иностранный отдел НКВД, то есть начал карьеру профессионального разведчика. Его первое назначение — Париж, нелегальная резидентура ИНО НКВД СССР. Затем — работа в Бельгии, Австрии, Германии и Голландии. В 1934 году Дейч по заданию советской разведки перебрался в Лондон и поступил для прикрытия на психологический факультет университета.
Арнольд Дейч был приятным собеседником, умным и разносторонне образованным, умевшим легко сходиться с людьми. Этому способствовала и привлекательная внешность Дейча, и наличие просторной квартиры в старинном лондонском районе Хемпстед, где собирались известные учёные и политики того времени. Никому и в голову не могло прийти, что хозяин квартиры, обаятельный молодой человек, получает подробные инструкции из Москвы и выполняет задания руководителя лондонской нелегальной резидентуры Теодора Малли.
Именно Дейч стал одним из первых советских разведчиков, которые сделали ставку на приобретение перспективной агентуры в среде английской аристократии, многие представители которой в те годы симпатизировали Советскому Союзу. Именно Дейч стоял у истоков Кембриджской пятёрки и в течение трёх лет, с 1934 по 1937 год, контролировал её деятельность.
Из воспоминаний Кима Филби: «Вскоре после нашего знакомства „Отто“ (оперативный псевдоним Дейча) превратился для меня в нечто среднее между приёмным отцом и старшим братом. Отцом — когда дело касалось напутствия, совета и авторитета. Старшим братом — когда мы веселились».
В сентябре 1937 года Дейч вместе с супругой был отозван в Москву. В 1938 году они получили советское гражданство и паспорта на фамилии Ланг Стефана Григорьевича и Жозефины Павловны.
В течение нескольких лет, с 1938 по 1941 год, Дейч, по сути, был отстранён от разведывательной работы и трудился научным сотрудником в Институте мирового хозяйства и мировой экономики АН СССР.
В ноябре 1941 года Арнольд Дейч был возвращён на службу в разведку и направлен нелегальным резидентом в Аргентину. В связи с начавшейся войной между США и Японией первоначальный маршрут через Иран, Индию и страны Юго-Восточной Азии пришлось кардинально изменить. Дейч отправился в Южную Америку через Северную Атлантику. 7 ноября 1942 года в Норвежском море танкер «Донбасс», на котором находился Арнольд Дейч, был потоплен немецким эскадренным миноносцем. По свидетельству оставшихся в живых очевидцев, Дейч героически погиб, спасая других.