Golfu se jako syn profesionálního trenéra věnoval odmalička. Celebritou se stal až koncem padesátých let, když se golf začal vysílat v televizi. Tehdy si ho všiml sportovní agent Marc McCormack a rozhodl se z něj vytvořit golfovou hvězdu.
Palmer dobře vypadal, hrál skvělý golf a jeho hra byla mimořádně atraktivní, protože rád a často riskoval. McCormackův marketingový tah vyšel. Z Palmera se během krátké doby stal jeden z nejoblíbenějších sportovců a pomohl golfu dostat se mezi nejsledovanější televizní programy.
I Palmerovou zásluhou přestal být golf v USA sportem pro elitu. Popularita golfu rostla, každý ho chtěl sledovat a hrát. V tomto období si Palmer získal obrovskou základnu fanoušků, která byla známá jako "Arnieho armáda". Rád dával autogramy, trpělivě s fanoušky rozmlouval a nevnímal je jako anonymní skupinu. Snažil se věnovat pozornost každému jednotlivci.
Nejúspěšnější golfové období prožíval v letech 1960-1963. Vyhrál 29 turnajů PGA a pět majorů. Zvítězil na Masters (1960 a 1962), na US Open (1960) a na British Open (1961 a 1962). Titul na PGA Championship nikdy nezískal, třikrát skončil na druhém místě.
Jeho vítězství na British Open v roce 1961 se zapsalo do historie, protože podnítilo zájem amerických profesionálů o tento turnaj. Američané až do Palmerova vítězství hráli velmi neradi v náročných podmínkách, které představovala linksová hřiště ve Velké Británii. To se ale začátkem šedesátých let díky Palmerovi změnilo.
V roce 1960 získal ocenění Hickok Belt pro nejlepšího profesionálního sportovce roku, o čtrnáct let později byl uveden do světové Golfové síně slávy a v roce 1998 mu PGA Tour udělila ocenění za celoživotní přínos golfu. Před třemi lety skončil s profesionálním golfem, ale jeho propagaci se věnuje nadále.
