در ۳۰ اوت ۲۰۱۱، پارک با قراردادی به ارزش گزارش‌شده بین ۳ تا ۵ میلیون پوند به آرسنال پیوست و پیراهن شماره ۹ به او اختصاص داده شد. پارک پیش از آن با تیم ليل فرانسه (قهرمان وقت لوشامپیونه) به توافق رسیده و بخشی از تست‌های پزشکی را نیز انجام داده بود، اما پس از پیشنهاد دیرهنگام آرسنال، برای بخش دوم تست‌ها بازنگشت. میشل سیدو، رئیس باشگاه لیل، اعلام کرد که این باشگاه هیچ اطلاعی از تغییر تصمیم پارک نداشته است.
پارک نخستین بازی خود را برای آرسنال با حضور در ترکیب اصلی در جریان پیروزی ۳-۱ جام اتحادیه مقابل شروزبری تاون در ۲۰ سپتامبر انجام داد. در دومین حضورش در ۲۵ اکتبر، او پاس آندری آرشاوین را با شوتی کاددار وارد گوشه دورتر دروازه کرد تا گل پیروزی‌بخش آرسنال را در برد ۲-۱ جام اتحادیه مقابل بولتون به ثمر برساند. آرسن ونگر، سرمربی تیم، جابه‌جایی‌ها و تمام‌کنندگی پارک را ستود و اعلام کرد او آماده بازی در لیگ برتر است.
در ۱ نوامبر، پارک با حضور در ترکیب اصلی در تساوی بدون گل مقابل مارسی، نخستین بازی خود را در لیگ قهرمانان اروپا انجام داد و در دقیقه ۶۲ جای خود را به روبین فن پرسی داد. با این حال، او همچنان یک مهره نیمکت‌نشین در ترکیب تیم باقی ماند. ونگر در ماه دسامبر اذعان کرد که فرصت کافی به پارک نداده است، اما در عین حال اشاره کرد که برخی بازیکنان برای تطبیق با شدت و نیازهای فیزیکی فوتبال انگلستان به زمان نیاز دارند. تنها حضور پارک در لیگ برتر به عنوان بازیکن تعویضی در اواخر بازی در شکست خانگی ۲-۱ مقابل منچستر یونایتد در ۲۲ ژانویه ۲۰۱۲ رقم خورد.
در ۷ مارس، او در دقیقه ۳۸ نیمه دوم دیدار لیگ قهرمانان اروپا مقابل آث میلان به عنوان بازیکن تعویضی وارد زمین شد. او نخستین فصل خود را با ثبت یک گل در شش بازی در تمامی رقابت‌ها به پایان رساند.
در این شرایط، برای بدتر شدن اوضاع، شایعه انتقال لوکاس پودولسکی به آرسنال قوت گرفت و جایگاه از قبل محدود او، محدودتر هم شد. حتی مقالاتی منتشر شد مبنی بر اینکه دیگر جایی برای نشستن او روی نیمکت ذخیره‌ها هم وجود نخواهد داشت.
در ۱ مه، به طور رسمی اعلام شد که پودولسکی به آرسنال منتقل خواهد شد و در ۲۶ ژوئن، آرسنال خبر رسمی امضای قرارداد با اولیویه ژیرو، مهاجم فرانسوی را اعلام کرد.
با این اتفاقات، خط حمله آرسنال دیگر بیش از حد پر شده بود: فن پرسی، پودولسکی، والکات، ژیرو، ژروینیو، شاماخ، آرشاوین (قرضی)، بندتنر (قرضی)، ولا (قرضی) و پارک چو یونگ.
سرانجام در ۱۱ اوت، آرسن ونگر، سرمربی تیم، علناً به او گفت که به دنبال تیم دیگری باشد. این در حالی بود که درست در همین روز، پارک چو یونگ در دیدار رده‌بندی المپیک مقابل ژاپن با ثبت یک گل و یک پاس گل، نقشی کلیدی در کسب مدال برنز برای تیمش ایفا کرده بود.
در حالی که سایر تیم‌ها مشغول بازتاب و تبلیغ عملکرد بازیکنان خود در المپیک بودند، آرسنال با وجود گلزنی پارک حتی یک کلمه هم در این باره نگفت و نشان داد که انتظارات خود را از او به کلی کنار گذاشته است. البته در واقع آرسنال به خودی خود نیز دیدگاهی منفی نسبت به حضور بازیکنانش در المپیک داشت. با این حال، اگر روبین فن پرسی، ستاره آرسنال و عامل اصلی نادیده گرفته شدن پارک در فصل گذشته، به منچستر یونایتد منتقل می‌شد و پارک در تیم می‌ماند، شاید فرصت بیشتری نصیب او می‌شد.
در فصل ۱۲/۱۳، او پیراهن شماره ۹ خود را به پودولسکی واگذار کرد و شماره ۳۰ به او داده شد. جدایی از آرسنال دیگر چندان دور نبود. در اواخر پنجره نقل‌وانتقالات شایعاتی مبنی بر انتقال او به فولهام و سلتاویگو مطرح شد و سرانجام در ۳۱ اوت ۲۰۱۲، در روز پایانی مهلت نقل‌وانتقالات، او با قراردادی قرضی به ارزش ۱ میلیون یورو به سلتاویگو پیوست. گفته می‌شود بند خرید دائمی نیز پس از آن به قرارداد اضافه شده است.
پس از بازگشت به آرسنال، تنها حضور پارک در فصل ۲۰۱۳/۱۴ به عنوان بازیکن تعویضی در شکست ۲-۰ جام اتحادیه مقابل چلسی در ۲۹ اکتبر ۲۰۱۳ رقم خورد؛ دیداری که آخرین بازی او برای آرسنال نیز بود.
در ۳۱ ژانویه ۲۰۱۴، پارک برای باقی‌مانده فصل با قراردادی قرضی به باشگاه واتفورد در چمپیونشیپ پیوست.
آرسنال در ژوئن ۲۰۱۴ اعلام کرد که با پایان یافتن قرارداد پارک در ۳۰ ژوئن، او از باشگاه جدا خواهد شد. او دوران حضورش در آرسنال را با هفت بازی برای تیم اصلی در تمامی رقابت‌ها (از جمله یک بازی در لیگ برتر) و ثبت یک گل به پایان رساند.