Arthur Bonneval fait l'objet de multiples sélections dans les différentes équipes de France des jeunes. Il est entre autres appelé par Fabien Pelous, alors manager de l'équipe de France des U20 et futur directeur sportif du Stade toulousain. Arthur Bonneval dipuste le tournoi des Six Nations des moins de 20 ans 2015. La France finit deuxième au classement général, derrière l'Angleterre, à l'issue de la défaite du dernier match décisif contre les Anglais. Au cours de mois de juin suivant, Arthur Bonneval participe au championnat du monde junior 2015. La France est dans la même poule que l'Angleterre mais parvient à se qualifier pour les demi-finales de la compétition. L'équipe de France est alors défaite par la Nouvelle-Zélande et finit le tournoi à la quatrième place du classement.