Etter karrieren som spiller ble Frank Arnesen assistenttrener for Bobby Robson i PSV Eindhoven. Han fortsatte som sportsdirektør i PSV og var med på å både oppdage og utvikle talenter som Ronaldo, Romario og Ruud van Nistelrooy. Senere ble han sportsdirektør i den engelske klubben Tottenham. Derfra gikk han videre som talentutviklingssjef i Chelsea FC. Han er nå sportsdirektør i Hamburger SV.