Verein

Thomas Sommer Arnoldsen lernte das Handballspielen in seiner Heimatstadt bei Skanderborg Aarhus Håndbold. Ab der Saison 2020/21 lief er in der ersten Mannschaft in der ersten dänischen Liga, der Håndboldligaen, auf. In der Spielzeit 2021/22 wurde der Rechtshänder nach 144 Toren und 143 Assists mit 70 % der Stimmen zum Talent des Jahres (Årets talent) gewählt. Mit diesem Team nimmt er an der EHF European League der Männer 2022/23 teil.

Zur Saison 2023/24 wechselte der 1,95 m große mittlere Rückraumspieler zum Ligakonkurrenten Aalborg Håndbold. Vor Beginn der Saison gab der Verein bekannt, dass Arnoldsen wegen physischer und psychischer Überlastung bis auf weiteres nicht spielen wird.

Nationalmannschaft

Mit der dänischen U17-Nationalmannschaft gewann Arnoldsen beim Europäischen Olympischen Sommer-Jugendfestival 2019 in Baku die Bronzemedaille. Bei der 39:42-Halbfinalniederlage gegen Kroatien im Siebenmeterwerfen erzielte er 16 Tore. Mit 35 Turniertreffern war er zweitbester Torschütze. Bei der U-19-Europameisterschaft 2021 belegte der 36-fache Torschütze mit Dänemark den fünften Rang. Bei der U-20-Europameisterschaft 2022 wurde Arnoldsen mit 54 Toren zweitbester Werfer des Turniers, das Dänemarks Junioren auf dem achten Rang beendeten. Zudem war er Mitglied des All-Star-Teams.

In der dänischen A-Nationalmannschaft debütierte er am 9. März 2023 mit sieben Toren beim 30:23-Sieg gegen Deutschland.

Privates

Sein Zwillingsbruder Frederik spielt ebenfalls bei Skanderborg Aarhus Håndbold.