Arsinoe ble gift en gang mellom 289/288 f.Kr. og 281 f.Kr. til hellenistiske, ptolemeisk konge og farao Ptolemaios II Filadelfos som hans første hustru. Han var også hennes fetter på morsiden. Ekteskapet kom i stand som en del av politisk allianse mellom hennes far og Ptolemaios II mot deres felles fiende Selevkos I Nikator.