No Brasil, sua atuação pastoral foi voltada aos habitantes da periferia, aos trabalhadores, à formação de comunidades eclesiais de base (CEB) nos bairros, principalmente os mais pobres, e à defesa e promoção dos direitos da pessoa humana. Ordenado sacerdote em 1945, foi estudar na Sorbonne, em Paris. Formou-se em estudos brasileiros, latinos, gregos e literatura antiga. Foi bispo e arcebispo de São Paulo entre os anos 1960 e 1970. Destacou-se por sua luta política contra as torturas praticadas pela ditadura, para que documentos não fossem eliminados, e também a favor do voto, no movimento Diretas Já.
Sua atuação contra a repressão da ditadura ganhou destaque já em 1969, quando passou a defender seminaristas dominicanos presos por ajudarem militantes opositores. Três anos depois, como presidente da Regional Sul-1 da Conferência Nacional dos Bispos do Brasil (CNBB), após um encontro com todos os bispos do estado de São Paulo em Brodósqui, liderou a publicação de “Testemunho de paz”, documento com fortes críticas ao regime que ganhou ampla repercussão.
Em março de 1973, presidiu a “Celebração da Esperança”, em memória de Alexandre Vannucchi Leme, estudante universitário morto pela ditadura. No ano seguinte, acompanhado de familiares de presos políticos, apresentou ao general Golbery do Couto e Silva um dossiê sobre os casos de 22 desaparecidos. Em outubro de 1975, celebrou na Catedral da Sé o histórico culto ecumênico em honra de Vladimir Herzog, jornalista morto pelo regime. Em 1978, apoiou o Movimento contra o Custo de Vida, que protestava contra a carestia.
Entre 1979 e 1985, coordenou com o pastor Jaime Wright, de forma clandestina, o Projeto Brasil: Nunca Mais. O trabalho foi realizado em sigilo e o resultado foi a cópia de mais de um milhão de páginas de processos do Superior Tribunal Militar (STM). Entre outros episódios de sua trajetória, destacam-se sua atuação contra a invasão da PUC comandada pelo então secretário de Segurança, coronel Erasmo Dias, em 1977; e o planejamento da operação para entregar ao presidente dos Estados Unidos, Jimmy Carter, uma lista com os nomes de desaparecidos políticos.
Em 1972, criou a Comissão Justiça e Paz de São Paulo. Incentivou a Pastoral da Moradia e a Pastoral Operária. Em 1985, o cardeal criou a Pastoral da Infância, com o apoio da irmã Zilda Arns, que morreu no terremoto de 2010 no Haiti, onde realizava trabalhos humanitários.
Como reconhecimento por sua obra humanitária, Dom Paulo recebeu vários prêmios no Brasil e no exterior, como o Prêmio Nansen do Alto Comissariado da ONU para Refugiados (Acnur), o Prêmio Niwano da Paz (Japão), e o Prêmio Internacional Letelier-Moffitt de Direitos Humanos (EUA). Em outubro de 2012, o jornalista Ricardo Carvalho lançou a biografia “O cardeal da resistência – As muitas vidas de dom Paulo Evaristo Arns”.