Fritz Arno Wagner, geboren am 5. Dezember 1889 in Schmiedefeld am Rennsteig in Thüringen, ging nach der Realschule und der Handelshochschule als Fremdsprachen-Korrespondent über die Schweiz nach Paris, wo er 1910 bei der Firma Pathé frères angestellt wurde. Er arbeitete dort in verschiedenen Abteilungen, darunter in der Filmfabrikation und –bearbeitung sowie als Filmtransporteur für die Wochenschau Pathé Journal. 1912 wurde er Direktionssekretär und Chef der Wiener, dann der Berliner Zweigstelle des Pathé Journal. 1913 ging er als stellvertretender Leiter nach New York zu Pathé Weekly, für das er 1914 aus dem mexikanischen Bürgerkrieg berichtete. Nach Ausbruch des Ersten Weltkriegs kehrte Wagner nach Deutschland zurück und wurde 1915 Soldat, jedoch bald verwundet. Für das Bild- und Filmamt (Bufa) richtete er ein Filmlabor ein und war als Kriegsberichterstatter tätig.

1919 ging Fritz Arno Wagner zur Projektions-AG "Union" (PAGU), wo er als Standfotograf und zweiter Kameramann an Ernst Lubitschs "Madame Dubarry" mitwirkte, während er nebenher Artikel für ausländische Publikationen schrieb. Mit seinen folgenden Werken in leitender Position avancierte Wagner neben Karl Freund zum wichtigsten deutschen Kameramann der 1920er und 1930er Jahre. Realistische Lichtgebung, doch immer wieder auch atmosphärische, schattenreiche Bilder sowie fließende Beweglichkeit zeichneten seine Arbeit aus, die die Ästhetik des filmischen Expressionismus maßgeblich prägte.

Wagner arbeitete mit den bedeutendsten Regisseuren des Weimarer Kinos, drehte mit Lubitsch "Sumurun" (1920), mit Robert Wiene "Das Spiel mit dem Feuer" (1921), mit F.W. Murnau "Schloss Vogelöd" und "Nosferatu" (beide 1921), mit Arthur Robison "Schatten" (1923), mit Arthur von Gerlach "Zur Chronik von Grieshuus" (1925), mit Karl Grune "Waterloo" (1929). Besonders prägend wurde seine Bildgestaltung freilich durch die Zusammenarbeit mit Georg Wilhelm Pabst und Fritz Lang. Für Pabst fotografierte er unter anderem "Die Liebe der Jeanne Ney" (1927), "Westfront 1918" (1930), "Die 3-Groschen-Oper" (1931) und "Kameradschaft" (1931), für Fritz Lang "Der müde Tod" (1921), "Spione" (1928) und dessen Tonfilm-Meisterwerke "M" (1930) und "Das Testament des Dr. Mabuse" (1933).

Auch während des Nazi-Regimes war Wagner verantwortlicher Kameramann bei zahlreichen Großproduktionen, bei denen er meist auf einen ausgeprägten visuellen Stil verzichtete und eher konventionell arbeitete. Mit Gustav Ucicky dreht er 1933 "Flüchtlinge" und 1937 "Der zerbrochene Krug", mit Reinhold Schünzel 1935 "Amphitryon", mit Karl Hartl 1937 "Der Mann, der Sherlock Holmes war". Auch propagandistische Werke fotografierte er, darunter "Robert Koch, der Bekämpfer des Todes" (1937), den berüchtigten anti-englischen "Ohm Krüger" (1941), beide von Hans Steinhoff, und das Bismarck-Heldenlied "Die Entlassung" (1942) von Wolfgang Liebeneiner.

Nach Kriegsende arbeitete Wagner zunächst wieder als Kameramann von dokumentarischen Aufnahmen, unter anderem drehte er für die amerikanische Besatzungs-Wochenschau "Welt im Film". Ab 1949 drehte er dann wieder Spielfilme, zunächst für die DEFA Arthur Pohls "Die Brücke" (1949), dann im Westen vorwiegend Unterhaltung, beispielweise Curt Goetz' "Frauenarzt Dr. Prätorius" (1950), Josef von Bakys "Hotel Adlon" (1955), Erik Odes "Liebe, Jazz und Übermut" (1957) und Géza von Cziffras "Wehe, wenn sie losgelassen" (1958).

Bei den Dreharbeiten zu Erik Odes "Ohne Mutter geht es nicht" stürzte Fritz Arno Wagner vom Kamerawagen und starb infolge der Verletzungen am 18. August 1958 in Göttingen. Er wurde auf dem Waldfriedhof in Berlin-Dahlem bestattet.