Арттури Виртанен родился 15 января 1895 года в Хельсинки. Получив начальное образование, Виртанен продолжил обучение в качестве аспиранта в области физической химии в Цюрихе в 1920 году. А годом позже – в области бактериологии – в Стокгольме.

Параллельно с этим, начиная с 1919 года он работал химиком в лаборатории финской кооперативной сыроваренной ассоциации «Валио», а в 1921 году стал ее директором. К 1923 году интересы Виртанена сконцентрировались в области биохимии.

В течение некоторого времени лаборатория под его началом работала над созданием более совершенных способов выращивания кормов для скота. В 1925 году он приступил к изучению происходящих в азотных растениях биохимических процессов. Экспериментальным путем Виртанен доказал, что ухудшение качества силоса может быть в значительной степени замедлено или вовсе прекращено, если добавить в корм соляную и серную кислоты.

В 1931 году Виртанен был назначен директором Биохимического научно-исследовательского института в Хельсинки. Одновременно он стал профессором биохимии Финского технологического института. В 1940-х годах в его лаборатории в Хельсинкском университете проводилась работа по изучению биохимии более сложных растений, которая привела к получению многих аминокислот и уточнению их химической структуры.

В 1945 году Арттури Виртанену была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследования и достижения в области сельского хозяйства и химии питательных веществ, особенно за метод консервации кормов». После получения Нобелевской премии Виртанен активно продолжал научно-исследовательскую деятельность. В 1948 году стал президентом Государственной академии наук и искусств Финляндии.

Умер Арттури Виртанен 11 ноября 1973 года в Хельсинки.