Am 25. Juli 1995 erfolgte die Ernennung zum Bischof von Ibarra. Zwischen den Jahren 2001 und 2002 war er zudem Apostolischer Administrator von Tulcán. Am 7. Mai 2003 folgte die Ernennung zum Erzbischof von Guayaquil.
Zwischen 1993 und 1999 war Antonio Arregui der Generalsekretär der Ecuadorianischen Bischofskonferenz (CEE). Im Jahr 1999 wurde er zu deren Vize-Präsidenten gewählt. Für den Zeitraum von 2008 bis 2014 war er Präsident der Ecuadorianischen Bischofskonferenz.[1]
Für seine kritischen Äußerungen zur geplanten neuen Verfassung in Ecuador 2008 erhielt er Morddrohungen.[2]
Papst Franziskus nahm am 24. September 2015 seinen altersbedingten Rücktritt an.[3]