Arthur Bonneval commence le rugby dans l'ancien club de son père, le Stade toulousain. Il devient ensuite international français de moins de 18 ans. Pour la saison 2013-2014, il est invité par la Fédération française de rugby à rejoindre le pôle France de Marcoussis, proposition qu'il décline, préférant rester au pôle de Toulouse et s'entrainer avec l'équipe professionnelle. Il est alors sanctionné et privé des équipes de France jusqu'à nouvel ordre, jusqu'en juin 2014, année de sa sélection avec les moins de 20 ans. Cela lui permet néanmoins de débuter avec l'équipe première durant le Tournoi des Six Nations 2014, profitant des absences de certains joueurs de l'effectif, en raison de sélections et de blessures. Il dispute ainsi son premier match au stade Yves-du-Manoir de Colombes face au Racing métro 92, le 25 janvier 2014, en rentrant pour la seconde mi-temps à la place de Jean-Pascal Barraque. Par la suite, il dispute trois autres matchs de Top 14 face à Montpellier, à Biarritz et à Castres. Ces performances poussent Fabien Pelous, manager de l'équipe de France des moins de 20 ans à faire appel à lui pour le championnat du monde junior 2014. Sa suspension est alors levée.