Arne Vesterlid var kjent som en profilert arkitekt i Trondheim i mellomkrigstiden og en velrenommert pedagog og en pådriver for å opprette arkitektskole i Oslo.
Etter examen artium som privatist 1913 begynte han på arkitektstudiet ved Norges tekniske høiskole (NTH) i Trondheim. Han tok diplomet 1918 og fikk straks assistentstilling hos arkitekt Aksel Guldahl. Etter ett år der ble han undervisningsassistent ved arkitektavdelingen ved NTH og ble der til 1931, det siste året som stipendiat. 1931 ble han ansatt som overlærer og avdelingsbestyrer ved bygningsavdelingen ved Statens Håndverks- og Kunstindustriskole (SHKS) i Oslo. Fra 1956 var han skolens rektor.
“Arkitektkurset av 1945” var Arne Vesterlids hjertebarn. Han så landets behov for arkitekter etter krigen, og takket være hans bestrebelser ble bygningslinjen ved SHKS gjort til utdannelse for arkitekter i Oslo. Det såkalte “Krisekurset”, som var planlagt og formulert av Vesterlid, ble snart et permanent tilbud og ble under navnet Statens Arkitektkurs en forløper for Arkitekthøgskolen i Oslo, etablert 1964.
I mange år drev Arne Vesterlid egen arkitektpraksis i Trondheim ved siden av sin pedagogiske virksomhet, delvis sammen med arkitekt Hermann Semmelmann, som også ledet byggearbeidene etter at Vesterlid flyttet til Oslo.
De første kjente konkurranseutkastene fra Vesterlids hånd, f.eks. utkast til Trondhjem kunstmuseum 1927, viser en kunnskap om nyklassisistiske idealer, mens de oppførte to- og firemannsboligene i Margrethes gate i Trondheim fra 1920-årene har referanser til trønderlåna og en in situ studert kjennskap til trøndersk byggeskikk. Som byggeleder ved oppføringen av Studentersamfundet i Trondheim 1927–29 fikk Vesterlid praktisk erfaring med arkitekturen i grenselandet mellom nyklassisme og funksjonalisme.
De bygningene Vesterlid oppførte i Trondheim i 1930-årene viser imidlertid en klar modernistisk holdning til det urbane bymiljøet. Lysholmgården (1932–33) var en dristig funksjonalistisk bygning som gav hjørnet Søndre gate–Olav Trygvassons gate en moderne aksent, med et horisontalt hengende karnapp som krummer seg mykt rundt hjørnet og samler en frisk bruk av horisontale linjer i bygningskroppen.
Sammen med Semmelmann fikk han 1934 oppdraget med å bygge Müllers hotell (senere Astoria) på Lysholmgårdens tilgrensende tomt. Løsningen var å fortsette forretningsgårdens formspråk, men variere hotellbygningens detaljering, slik at de to enhetene skiller seg i fasadelivet. Bruken av vindusbånd med kraftige rammer i de fire øverste etasjene og en vertikaltstående markering av bygningens inngangparti var en geometrisk lek med linjer som ble hotellets formale kjennetegn.
Da Vesterlid vant førstepremie i konkurranse om Handelsstandens hus i Trondheim 1928, var igjen det nyklassisistiske vokabularet synlig. Bygningen ble ferdigstilt 1934 og fikk et overveiende modernistisk uttrykk, men ble organisert strengt symmetrisk rundt en hovedakse; brede vindusbånd, flatt tak og glattpussede fasader er hentet fra modernismens formalestetikk og materialvalg.
Blant hans bygningsproduksjon i Oslo er flere boliger, to meierier og en skole. Han tegnet også Østkantens bad (sammen med P. D. Hofflund), som skulle reises på Galgeberg, men dette ble aldri realisert.
Vesterlid hadde mange verv og medlemskap. Han var bl.a. viseformann i Trondheim Arkitektforening 1925, styremedlem i Norske Arkitekters Landsforbund 1935–36 og visepresident 1949–52, medlem av Byggekunsts redaksjonskomité 1928 og 1936–37 og medlem av Kirke- og undervisningsdepartementets komité for revisjon og koordinering av arkitektundervisningen 1946–49. I løpet av sin aktive karriere fikk han dessuten en rekke premier i arkitekt- og møbelkonkurranser.