Pablo Arbeláez realizó un pregrado en Matemáticas en la Universidad de los Andes y una Maestría en Matemáticas Aplicadas a la Ingeniería en la Universidad Paris-Dauphine. En 2005, se graduó con honores del Doctorado en Matemáticas Aplicadas de la Universidad Paris-Dauphine con especialización en análisis matemático de imágenes. Entre 2007 y 2014, fue investigador permanente en el Grupo de Visión Artificial de la Universidad de California en Berkeley. Desde el 2014, Pablo Arbeláez es profesor de planta del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de los Andes y, desde 2020, Pablo Arbeláez es director del Centro para la Investigación y Formación en Inteligencia Artificial (CinfonIA) de la Universidad de los Andes.