Le 25 juillet 2019 Dani Ceballos est prêté pour la saison 2019-2020 à Arsenal. Il a fait sa première apparition le 28 juillet 2019 face à l’Olympique lyonnais lors de l’Emirates Cup (défaite 1-2). Il joue son premier match officiel avec Arsenal le 11 août 2019, lors de la première journée de la saison 2019-2020 de Premier League face à Newcastle United. Il se fait remarquer lors de la journée suivante, alors qu'il est titularisé pour la première fois le 17 août face au Burnley FC, en délivrant deux passes décisives, contribuant ainsi à la victoire des siens (2-1).