Arnulf var den illegitime sønnen til Karloman av Bayern og sin elskerinne Liutswind (som kan ha vært søster av Ernst, greve av bayerske Nordgau i området Oberpfalz, eller kanskje borggreve av Passau i henhold til andre kilder. Etter at Arnulf ble født giftet faren seg, kanskje før 861, men en datter av den samme grev Ernst, men som døde etter 8. august 879. Ettersom det er hovedsakelig vestfrankiske historiografi som omtaler Arnulf som født utenfor ekteskap, er det mulig at to kvinnene faktisk er den ene og samme person og ved at Karloman giftet seg med Arnulfs mor faktisk betyr at han var født innenfor ekteskapet og var en legitim sønn.