У 1894 р. Арреніус одружився з Софією Рудбек. У них народився син. Проте два роки через їхній шлюб розпався. У 1905 р. він одружився ще раз - на Марії Иоганссон, що родила йому сина і двох дочок. 2 жовтня 1927 р. після нетривалої хвороби Арреніус помер у Стокгольмі.

Арреніус одержав багато нагород і титулів. Серед них: медаль Деві Лондонського королівського товариства (1902), перша медаль Уілларда Гиббса Американського хімічного товариства (1911), медаль Фарадея Британського хімічного товариства (1914). Він був членом Шведської королівської академії наук, іноземним членом Лондонського королівського товариства і Німецького хімічного товариства. Арреніус був визнаний гідним почесних ступенів багатьох університетів, у т.ч. Бірмінгемського, Единбургського, Гейдельбергського, Лейпцігського, Оксфордського і Кембріджського.