Arne Bardalen er sivilagronom fra Norges landbrukshøgskole (nå NMBU) i 1978.  Han startet sin yrkeskarriere som fagkonsulent i Det norske jord- og myrselskap og fortsatte som konsulent i landbruksforvaltningen i Finnmark, så som fylkesagronom, rådgiver, prosjektleder og avdelingssjef ved Fylkeslandbrukskontoret i Oslo/Akershus frem til 1993. I 1993 ble han utnevnt til Landbruksdirektør i Oslo og Akershus. Fra 1998 var han assisterende fylkesmann og i 2001 konstituert fylkesmann i Oslo og Akershus.

Arne Bardalen ble i 2001 utnevnt til direktør for Norsk institutt for jord- og skogkartlegging, deretter ledet han etableringen Norsk institutt for skog og landskap hvor han var direktør 2006-2015. Fra 2015 var han først forskningsdirektør og er nå spesialrådgiver i Norsk institutt for bioøkonomi (NIBIO). Han ledet samarbeid mellom universitet og instituttene om utvikling av innovasjonsøkosystemet på Campus Ås.

Arne Bardalen har ledet og deltatt i en rekke offentlige utvalg, blant annet om strategi for norsk skog- og trenæring, jordvern og arealpolitikk, bioøkonomi, landbruk og klimautfordringer, samfunnets sårbarhet for klimaendringer. I 2010 var han medlem av det Klimarisikoutvalget (NOU 2010:10, tilpassing til eit klima i endring). I 2015-2016 ledet han sekretariatet for den store utredningen om «Landbruk og klima». I 2016 publiserte han rapporten «Jordbrukets bidrag til verdiskaping i bioøkonomien». I 2018 publiserte han rapporter om «Klimarisiko og norsk jordbruk» og «Utslippsreduksjoner i jordbruket».

Han har i 2020 og 2021 skrevet notater om Nord universitets strategiske satsinger på sirkulær bioøkonomi og bidrag til Regjeringens arbeid med strategi for fjell- og innlandsregioner.

I 2020 var han førsteforfatter på en fagrapport fra NMBU/NIBIO om kriterier for bærekraftig produksjon i det norske matsystemet.

I 2021 har han sammen med kolleger i NIBIO skrevet en fagrapport «Jordvernets begrunnelser» som kunnskapsgrunnlag for Regjeringens oppdaterte jordvernstrategi og en rapport om «Norsk matsikkerhet og forsyningsrisiko».

Han har i 2021-2022 vært med i sekretariatet for utvalget som utredet årsakene til kvikkleireskredet i Gjerdrum-skredet og deretter avgitt en NOU om norsk forvaltning knyttet til Kvikkleire (NOU 2022:3). Han arbeider også for Miljødirektoratet med en utredning om «Klimarisiko verdikjeder med matsystemet som case».

Bardalen har i mange år hatt omfattende foredragsvirksomhet med hovedvekt på klimatilpasning, klimarisiko, bærekraft, ressursforvaltning, matsikkerhet og bio- og sirkulærøkonomi.

Han er styreleder i Norwegian Forestry Group som driver skog- og miljøfaglig utviklingsarbeid i Afrika og Sentral-Asia. Han har vært styreleder Utviklingsfondet, en bistandsorganisasjon som arbeider med utvikling av jordbruk, ernæring og sivilsamfunn i Etiopia, Malawi, Somaliland, Mosambik, Nepal og Guatemala. Nå også styreleder i Forum for natur og friluftsliv i Oslo.