Le premier prototype, Ar 240V-1, prit l'air le 25 juin 1940, sans armement, la mise au point de la tourelle FA-13 connaissant de multiples retards. On releva immédiatement des problèmes de pilotages et une tendance à la surchauffe des moteurs DB 601A au roulage. Pour régler les problèmes de stabilité du bimoteur, le second prototype, Ar 240V-2, fut modifié pour recevoir des ailerons plus importants et une surface verticale supplémentaire sur les aérofreins, tandis que de petits radiateurs furent fixés sur les jambes du train d'atterrissage principal pour améliorer le refroidissement au roulage. Les tourelles FA-13 n'étant toujours pas disponibles, ce prototype prit finalement l'air le 6 avril 1941 après un nouveau chantier de modification. Il fut en effet achevé avec 2 canons MG 151/20 de 20 mm dans la pointe avant du fuselage et 2 mitrailleuses MG 17 de 7,9 mm dans les emplantures d'aile. Ce prototype restait très instable en vol et fut finalement conservé par Arado pour des essais-constructeur, un nouveau prototype étant mis en chantier.
L'Ar 240V-3 se distinguait des deux premiers prototypes par un fuselage allongé de 1,25 m, l'avancement du poste de pilotage et la suppression des aéro-freins, remplacés par des surfaces verticales additionnelles. Cet appareil qui prit l'air au printemps 1941 offrait de meilleures qualités de vol et fut alors équipé de deux tourelles FA-13 (dorsale et ventrale) équipées chacune d'une mitrailleuse MG 81 de 7,92mm. Au début de l'été 1941 les mitrailleuses furent déposées, remplacées par deux caméras Rb 50/30. Livré pour évaluation au 3./Aufklärungsgruppe Oberbefehlshaber der Luftwaffe stationné dans le nord de la France, cette machine effectua plusieurs sorties sur la Grande-Bretagne pilotée par l’Oberst Knemeyer, échappant facilement à toute tentative d’interception en raison de ses performances. Cet appareil retourna ensuite en usine pour être modifié comme Ar 440V-1. Un dernier prototype, l'Ar 240V-4, prit l'air le 19 juin 1941 avec des moteurs DB 603A et de nouveaux aérofreins montés dans la pointe arrière du fuselage, puis une série de 40 exemplaires fut commandée à l'usine AGO d'Oschersleben.