Erste internationale Erfahrungen sammelte Ryōhei Arai bei der Sommer-Universiade 2013 in Kasan, bei der er mit 75,83 m den achten Platz belegte. Im Jahr darauf gewann er bei den Asienspielen in Incheon mit 84,42 m die Silbermedaille hinter dem Chinesen Zhao Qinggang. 2015 qualifizierte er sich für die Weltmeisterschaften in Peking und belegte dort mit 83,07 m im Finale den neunten Rang. Bei den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro wurde er mit 79,47 m im Finale Elfter. Im Jahr darauf nahm er erneut an den Weltmeisterschaften in London teil, schied diesmal aber mit 77,38 m in der Qualifikation aus. Bei den Asienspielen 2018 in Jakarta erreichte er mit einer Weite von 75,24 m Rang sieben.