Arthur est le papa comblé de trois enfants, nés de trois mères différentes. L'animateur a notamment accueilli un fils en 2009 prénommé Aaron et né de sa relation avec le mannequin et créatrice de mode Caroline Nielsen. C'est en 2008, soit l'année de son divorce avec Estelle Lefébure qu'Arthur croise la route de la jolie brune. Un an plus tard, leur fils pointe le bout de son nez. Et en 2012, après quatre ans de relation amoureuse, ils finissent par se séparer.
Caroline Nielsen se remet alors de cette rupture grâce un chanteur très connu, à savoir Patrick Bruel. Ils ont formé un couple entre 2013 et 2017, apparaissant volontiers ensemble lors d'événements comme à Roland Garros. C'est Caroline Nielsen qui aurait pris la décision de rompre. À l'époque, une source faisait des révélations à ce sujet auprès du magazine Closer. "Caroline souhaitait avoir un autre enfant avec Patrick, lui même papa de Léon et Oscar. Elle rêvait aussi d'officialiser leur union devant monsieur le maire. Deux beaux projets qui apparemment n'étaient pas inscrits à l'agenda de son compagnon et ont créé des tensions au point que Caroline a mis un point final à leur histoire", apprenait-on par le média.
Une rupture mal vécue par le chanteur. "Il en a vraiment bavé, Patrick était très amoureux de sa Caro. En plus cette époque correspond au départ de ses fils qui vivent désormais à Los Angeles avec leur mère, Amanda Sthers", ajoutait la source proche.
Depuis ces deux idylles très médiatisées, Caroline Nielsen se garde bien d'étaler sa vie privée au grand jour. La maman du jeune Aaron est en revanche beaucoup plus à l'aise lorsqu'il s'agit de partager son travail, elle est la créatrice de la marque de luxe Leetha, laquelle propose des vêtements exclusivement en cachemire dont les prix peuvent vaciller entre 400 et 1 500 euros.