Två gånger om slog Darren Bent till för Aston Villa i den första halvleken. Robin van Persie reducerade i 89:e minuten, efter att Arsenal haft trycket på Emirates, men man lyckades inte komma närmare än så.
Det innebär att Manchester City, med en match till godo mot Stoke, kan passera upp till tredjeplatsen i tabellen.
I så fall skulle Arsenal tvingas att kvala för att ta sig till Champions League. En stor missräkning med tanke på att klubben legat tvåa under i stort sett hela säsongen.
Arsenal: Szczesny, Sagna, Squillaci, Vermaelen, Gibbs, Song, Wilshere, Walcott, Ramsey, Arshavin, van Persie.
Aston Villa: Friedel, Walker, Collins, Dunne, Luke Young, Petrov, Reo-Coker, Delph, Downing, Bent, Ashley Young.