در ۱۷ مه ۲۰۱۳، آرسن ونگر، سرمربی وقت آرسنال، در یک نشست خبری اعلام کرد که انتقال سانوگو پیشرفت چشمگیری داشته است و او در بیست و سوم همان ماه تست‌های پزشکی باشگاه را با موفقیت پشت سر گذاشت. با باز شدن پنجره نقل‌وانتقالات در ۱ ژوئیه، آرسنال به طور رسمی جذب او را اعلام کرد و سانوگو رسماً به جمع توپچی‌ها پیوست. در ۵ ژوئیه ۲۰۱۳، آرسنال از طریق حساب رسمی خود در توییتر اعلام کرد که سانوگو پیراهن شماره ۲۲ را بر تن خواهد کرد؛ شماره‌ای که پیش‌تر متعلق به فرانسیس کوکلن بود، اما با انتقال قرضی یک‌ساله او به فرايبورگ در بوندس‌لیگای آلمان خالی شده بود.
در ۲۴ اوت، سانوگو نخستین بازی رسمی خود را برای آرسنال مقابل فولهام در کراون کتیج انجام داد؛ او در دقیقه ۸۱ به جای لوکاس پودولسکی وارد زمین شد و توپچی‌ها در نهایت این دیدار را ۳-۱ بردند.
سانوگو در اواسط سپتامبر و در جریان بازی‌های ملی با تیم زیر ۲۱ سال فرانسه از ناحیه کمر دچار مصدومیت شد و چند هفته از میادین دور ماند. با وجود اینکه او از زمان مصدومیت برای آرسنال بازی نکرده بود، نامزد دریافت جایزه پسر طلایی سال ۲۰۱۳ شد.
در ۱۶ فوریه ۲۰۱۴، او نخستین بازی خود در ترکیب اصلی آرسنال را در پیروزی ۲-۱ جام حذفی مقابل لیورپول انجام داد. عملکرد او مورد تمجید آرسن ونگر، سرمربی باشگاه قرار گرفت؛ ونگر ابراز خرسندی کرد و عملکرد سانوگو را «عالی» توصیف نمود.
در ۲۰ فوریه، سانوگو نخستین بازی خود در لیگ قهرمانان اروپا را در دیدار رفت مرحله یک‌هشتم نهایی مقابل بایرن مونیخ انجام داد. در ۱۲ آوریل، او ۱۲۰ دقیقه در بازی نیمه‌نهایی جام حذفی در ورزشگاه ومبلی مقابل ویگان حضور داشت، جایی که آرسنال در ضربات پنالتی پیروز شد. در ۱۷ مه، سانوگو در فینال جام حذفی ۲۰۱۴ مقابل هال سیتی به عنوان بازیکن تعویضی جایگزین لوکاس پودولسکی، ملی‌پوش آلمانی شد و آرسنال برای نخستین بار از سال ۲۰۰۵ جام قهرمانی را بالای سر برد.
در طول پیش فصل، سانوگو چهار گل در پیروزی ۵-۱ آرسنال مقابل بنفیکا در جام امارات در ۲ اوت ۲۰۱۴ به ثمر رساند.
در ۱۰ اوت، او به عنوان تک مهاجم آرسنال در جام خیریه ۲۰۱۴ مقابل منچسترسیتی در ترکیب اصلی قرار گرفت؛ او در نیمه دوم در پیروزی ۳-۰ در ورزشگاه ومبلی جای خود را به اولیویه ژیرو داد.
در ۲۶ نوامبر، او تنها گل رقابتی خود را برای آرسنال به ثمر رساند و در دقیقه دوم بازی، گل اول پیروزی ۲-۰ خانگی مقابل بوروسیا دورتموند را به ثمر رساند. این نتیجه باعث صعود آرسنال به مرحله حذفی با یک بازی باقی مانده شد.
اما پس از آن نتوانست تأثیر پررنگی بگذارد و با بازگشت اولیویه ژیرو از مصدومیت، مجدداً از ترکیب اصلی دور شد. شایعات زیادی مطرح شد مبنی بر اینکه او در پنجره نقل‌وانتقالات فصل ۲۰۱۴/۱۵ به صورت قرضی منتقل خواهد شد و به نظر می‌رسید سرنوشت او برای چند فصل با زندگی به عنوان بازیکن قرضی گره خورده است.
سانوگو در ۱۳ ژانویه ۲۰۱۵ برای باقی‌مانده فصل به صورت قرضی به کریستال پالاس، دیگر تیم لیگ برتری پیوست.
در ۱۷ ژوئیه ۲۰۱۵، سانوگو انتقال قرضی یک‌ساله‌ای را به باشگاه آژاکس در اردیویسه تکمیل کرد.
در ۱ فوریه ۲۰۱۶، سانوگو با قراردادی قرضی تا پایان فصل به باشگاه چارلتون اتلتیک در چمپیونشیپ پیوست.
پس از فصل ۲۰۱۶/۱۷، نام او در فهرست خروجی‌های آرسنال قرار گرفت و به عنوان بازیکن آزاد جدا شد.
دوران بازیگری: اوسر - آرسنال - کریستال پالاس - آژاکس - چارلتون - تولوز - هادرزفیلد - اورارتو ارمنستان - کینگدائو چین - آمازوناس برزیل
تعداد بازی برای تیم اصلی آرسنال: ۲۰
تعداد بازی برای تیم‌های پایه آرسنال: ۴
سانوگو که در فرانسه متولد شده، اصالتاً ساحل عاجی است. سانوگو سابقه بازی در تیم‌های زیر ۱۶ و زیر ۱۷ سال فرانسه را دارد. در تیم زیر ۱۶ سال، سانوگو به عنوان مهاجم اول انتخاب شد و آمار فوق‌العاده ۱۸ گل در ۱۸ بازی را به ثبت رساند. گل‌های قابل توجه سانوگو در طول این فصل شامل دو گل مقابل اروگوئه در تورنمنت وال-دو-مارن، هت‌تریک مقابل استرالیا و دو گل مقابل مالی در تورنمنت مونتایگو و یک گل مقابل آلمان در مسابقه‌ای که در ورزشگاه المپیک برلین برگزار شد، می‌شود. در جام اژه ۲۰۰۹، سانوگو با پنج گل، بهترین گلزن مسابقات شد. او در مرحله گروهی مقابل بلژیک هت‌تریک کرد و همچنین گل پیروزی تیمش را در فینال مقابل نروژ به ثمر رساند که فرانسه ۲-۱ پیروز شد.
به دلیل محرومیت شش ماهه پل پوگبا، هم‌تیمی‌اش در تیم ملی جوانان، سانوگو توسط گای فریه، مربی تیم زیر ۱۷ سال، به عنوان کاپیتان انتخاب شد و به فرم فوق‌العاده خود ادامه داد و در جام تاتو در اتریش مقابل بلژیک دو گل به ثمر رساند. او بعداً در سال جدید میلادی بازوبند کاپیتانی را به ژرمی اوبین، مدافع لیل، واگذار کرد. در مرحله مقدماتی مسابقات قهرمانی زیر ۱۷ سال اروپا ۲۰۱۰، سانوگو مقابل اسلوونی و استونی گلزنی کرد و مقابل استونی دو گل به ثمر رساند تا به تیمش کمک کند به مرحله نهایی مقدماتی صعود کند. سانوگو به دلیل شکستگی ساعد در تمرینات با اوسر، مرحله نهایی مقدماتی را از دست داد، اگرچه فرانسه بدون او نیز به مسابقات تحت نظارت یوفا صعود کرد. در این مسابقات، سانوگو در دو بازی اول مرحله گروهی گلزنی نکرد. در آخرین بازی مرحله گروهی مقابل سوئیس، او در عرض چهار دقیقه دو گل به ثمر رساند و فرانسه ۳-۱ پیروز شد. این نتیجه مثبت باعث صعود فرانسه به نیمه نهایی شد، جایی که این تیم توسط انگلیس شکست خورد.
سانوگو از تیم زیر ۱۸ سال گذشت و در اوت ۲۰۱۰ برای بازی در جام سندای برای اولین بار به تیم زیر ۱۹ سال دعوت شد. در این تورنمنت، سانوگو در هر سه بازی به میدان رفت و در آخرین بازی مرحله گروهی تیمش مقابل برزیل، گلی به ثمر رساند که توسط کمیته برگزاری مسابقات به عنوان بهترین گل تورنمنت انتخاب شد. خود سانوگو این گل را "بهترین گل دوران حرفه‌ای‌ام" توصیف کرد. پس از تحمل شکستگی استخوان درشت‌نی در بازی‌های داخلی، او مدت زیادی از همراهی تیم محروم شد، اما در مه ۲۰۱۱ برای مرحله نهایی مقدماتی مسابقات قهرمانی زیر ۱۹ سال اروپا ۲۰۱۱ بازگشت. سانوگو در هر سه بازی مرحله گروهی به میدان رفت و فرانسه با قرار گرفتن در رده دوم گروه خود نتوانست به این مسابقات صعود کند. به دلیل اینکه سانوگو در فصل ۲۰۱۰/۱۱ زیر سن قانونی بود، همچنان واجد شرایط بازی برای تیم زیر ۱۹ سال در فصل ۲۰۱۱/۱۲ بود. او در اولین بازی خود در فصل جدید، در تساوی ۲-۲ مقابل انگلیس در تورنمنت لیموژ گلزنی کرد.
سانوگو عضو تیمی بود که اولین قهرمانی فرانسه در جام جهانی زیر ۲۰ سال فیفا را به دست آورد. در آن تورنمنت که در ترکیه برگزار شد، او در تمام بازی‌های فرانسه در ترکیب اصلی قرار داشت و با مجموع چهار گل، بهترین گلزن کشورش در این مسابقات بود.