Berkat performa impresif selama membela Athletic Bilbao, Chelsea ternyata kepincut dengan Kepa Arrizabalaga sehingga diboyong ke Stamford Bridge Stadium pada musim panas 2018. Tak murah, Tim London Barat ini harus menggelontorkan dana sebesar 80 juta euro atau sekitar Rp1,6 triliun demi mengamankan talenta berkebangsaan Spanyol tersebut. Ini menjadikan Kepa kiper termahal sepanjang sejarah per 2 Juli 2025.
Kepa Arrizabalaga langsung mendapat kepercayaan untuk mengisi kiper utama Chelsea. Ini membuatnya bisa mengumpulkan banyak menit bermain. Seiring berjalannya waktu, dia ternyata tersisih dari skuad inti lantaran saat itu pelatih lebih memilih Edouard Mendy sebagai penjaga gawang. Kepa kemudian menjadi langganan bangku cadangan The Blues.
Chelsea sendiri bahkan sempat meminjamkan Kepa Arrizabalaga kepada Real Madrid pada musim panas 2023. Los Blancos harus membayar sebesar 1 juta euro atau sekitar Rp19 miliar. Dia saat itu diplot untuk menggantikan Thibaut Courtois yang mengalami cedera anterior cruciate ligament (ACL). Dia awalnya berhasil mengamankan posisi kiper utama Los Blancos. Namun, seiring berjalannya waktu, Kepa kalah bersaing dengan Andriy Lunin. Kepa sendiri kebobolan 18 gol dan membuat 9 clean sheet dari total 20 pertandingan di berbagai ajang bersama tim ibu kota Spanyol tersebut.
Kepa Arrizabalaga kembali memperkuat Chelsea pada musim panas 2024. Namun, dia tidak masuk sistem Enzo Maresca selaku pelatih sehingga dipinjamkan lagi. Kali itu kepada Bournemouth. The Cherries harus mengeluarkan dana sebesar 3,6 juta euro atau sekitar Rp69 miliar demi meminjam Kepa. Benar saja, dirinya langsung mengamankan tempat sebagai kiper utama. Ini membuatnya sering tampil selama 90 menit di berbagai ajang. Dia mencatatkan total kontribusi sebanyak 35 laga dengan kebobolan 43 gol dan menciptakan 9 clean sheet.
Setelah menyelesaikan masa peminjaman, Kepa Arrizabalaga kembali membela Chelsea pada musim panas 2025. Dia sudah merumput sebanyak 163 laga dengan kebobolan 175 gol dan mengukir 59 clean sheet bersama tim London Barat tersebut. Namun, dirinya tidak masuk rencana masa depan sehingga The Blues setuju melepasnya permanen kepada Arsenal. Talenta kelahiran Ondarroa ini menandatangani kontrak yang berdurasi sampai 2028. Kehadirannya membuat Mikel Arteta selaku pelatih memiliki opsi kiper tangguh selain David Raya dalam menjaga lini pertahan The Gunners.