De Fransman tekende in de zomer van 2004 een contract bij Arsenal. Hij beschikte de eerste jaren niet direct over een basisplaats, maar was vooral dit seizoen een nuttige pion in het team van manager Arsene Wenger.
Flamini liet echter weten op zoek te zijn naar een nieuwe uitdaging en hoefde niet lang na te denken toen AC Milan op de deur klopte.