O início do povoamento da região é assunto discutido. Alguns afirmam ser em 1883, outros entre 1910 e 1915. Em 1911, foi construída a Capela com a invocação de São João Batista, que é, até hoje, o Padroeiro do município.
Habitado inicialmente por índios caingangues, há relatos de que os primeiros colonizadores chegaram à localidade por volta de 1900. Conta-se que o seu primeiro nome, Alto da Figueira, origina-se do nome do seu primeiro morador – Lino Figueira. Na versão de alguns historiadores, o nome surgiu em 1938 e tem como referência a árvore localizada ao lado da igreja matriz. Já Arvorezinha surgiu como alternativa em razão de um decreto do governo estadual que determinava que deveriam ser extintos os nomes repe­tidos em diferentes locais.
Após a conscientização do grande valor e da capacidade de produção do povoado, veio o entendimento de que a região tinha condições de gerir-se politicamente. Surgiu assim o movi­mento emancipacionista, que lutou por vários anos. Os primeiros passos foram dados com a criação do Instituto Estadual de Educação Felipe Roman Ross, em 1940, a construção da Igre­ja Matriz de São João Batista, em 1942, a instalação de energia elétrica, em 1947, e a fundação do Hospital São João Batista, em 1953.

Distrito criado com a denominação de Alto Figueira pelo Ato Municipal nº 13, de 1º/08/1922, subordinado ao município de Encantado.
Pelo Decreto Estadual nº 7.199, de 31/03/1938, o nome Alto Figueira é alterado para Arvorezinha.
Desmembrado de Encantado e Soledade, Arvorezinha é elevado à categoria de municí­pio pela Lei Estadual nº 3.717, de 16/02/1959. O município é instalado em 07/06/1959, cons­tituído de dois distritos: Arvorezinha e Maurício Cardoso, desmembrado de Soledade.
Pela Lei Municipal nº 24, de 04/08/1959, é criado o distrito de Alvorada (ex-povoado), desmembrado do distrito de Maurício Cardoso, e anexado ao município de Arvorezinha.
Em divisão territorial datada de 1º/07/1960, o município é constituído de três distritos: Arvorezinha, Maurício Cardoso e Alvorada.
Pela Lei Municipal nº 186, de 1º/09/1970, o distrito de Alvorada passa a denominar-se Nova Alvorada.
Pela Lei Municipal nº 502, de 26/11/1981, é criado o distrito de Cadorna e anexado ao município de Arvorezinha.
Em divisão territorial datada de 1º/07/1983, o município é constituído de quatro distri­tos: Arvorezinha, Maurício Cardoso, Nova Alvorada e Cadorna.
Pela Lei Estadual nº 8.632, de 12/05/1988, alterada em seus limites pela Lei Estadual nº 9.013, de 11/01/1990, os distritos de Nova Alvorada e Cadorna são desmembrados de Ar­vorezinha para formar o novo município de Nova Alvorada.
Pela Lei Estadual nº 9.580, de 20/03/1992, o distrito de Maurício Cardoso é desmem­brado do município de Arvorezinha e elevado à categoria de município, com a denominação de Itapuca.
Em divisão territorial datada de 1995, o município é constituído do distrito-sede.
Pela Lei Municipal nº 1.069, de 16/08/1996, é criado o distrito de Pinhal Queimado e anexado ao município de Arvorezinha.
Em divisão territorial datada de 2003, o município é constituído de dois distritos: Ar­vorezinha e Pinhal Queimado.
Assim permanece em divisão territorial datada de 2020.