Во время учебы в школе Виртанен очень много читал самых различных книг и журналов (это хорошо известно и документально зафиксировано, сохранился его библиотечный формуляр). Он был одним из самых усердных читателей городской библиотеки Выборга, кроме того Арттури был страстно увлечен ботаникой: в его личном гербарии школьника (кто помнит, что это такое?) было около семисот растений.
В 1913 году Виртанен поступил на физико-математический факультет хельсинкского Императорского Александровского университета. Он усердно изучал там почти все предметы, которые преподавались на факультете, но больше всего его увлекала химия. По позднейшим объяснениям самого Виртанена, «каким-то образом химия притягивала меня, и у меня было такое чувство, что это та самая наука, которая совершенно мне необходима, а все остальные естественные науки получат верный нюанс только тогда, когда будут соединены с химией».
В 1916 году Виртанен закончил университет, и в течение 1917 года работал в Центральной промышленной лаборатории в Хельсинки, затем он вернулся в свой университет для подготовки докторской диссертации, которая была посвящена строению пинабиетиновой кислоты.
Диссертацию Виртанен успешно защитил в 1919 году, после чего он продолжил образование в области физической химии в престижном университете в Цюрихе (1920) и, в области бактериологии, – в Стокгольме (1921). Для этого он получал от государства соответствующие стипендии. И, как оказалось, не зря! С 1919 года Виртанен работал всего лишь скромным лаборантом в лаборатории финской сыроваренной кооперативной ассоциации «Валио», а в 1921 году, уже располагая авторитетными дипломами из Цюриха и Стокгольма, он стал директором этой лаборатории. В 1931 году Виртанен заметно продвинулся в карьере: он был назначен директором Биохимического научно-исследовательского института в Хельсинки и одновременно стал профессором биохимии Финского технологического института. Это вполне можно считать блестящим успехом для человека, едва перешагнувшего тридцатилетний рубеж.
В 1948 году Виртанен получил полное национальное признание: он стал президентом Государственной академии наук и искусств Финляндии.
В далеком 1920 году Виртанен не без затруднений (он был очень беден, а перспективы были в тумане) женился на Лилии Мойзио. У супругов родились два сына.
Основные работы Виртанена связаны с изучением биохимических процессов производства и хранения кормов для скота. Он также изучал процессы фиксирования атмосферного азота растениями. Экспериментальным путем, и весьма успешно, Виртанен доказал, что ухудшение качества силоса может быть в значительной степени замедлено или вовсе прекращено, если добавить в корм скота соляную и серную кислоты. Этот метод, названный АИВ-методом по инициалам ученого, был в дальнейшем применен во многих европейских странах и, в несколько измененном виде, в США. В 1940-е годы в его лаборатории в Хельсинкском университете проводилась работа по изучению биохимии более сложных растений, которая привела к выделению многих аминокислот и уточнению их химической структуры. Это было очень важно для понимания процессов, сопровождающих хранение зеленых растений.