Arroyo ha estado las últimas cuatro campañas en la Real Sociedad, con la que firmó un subcampeonato de liga, una final de la Copa de la Reina y una clasificación a la Champions League.
"Estamos encantados de poder dar la bienvenida a Natalia a nuestro club de fútbol", dijo Monchi, jefe de operaciones en el Aston Villa.
"Natalia nos impresionó con su pasión por el fútbol y por su forma de entrenar. Creemos que tiene todas las herramientas necesarias para ser un éxito en el Aston Villa", añadió.
El Aston Villa es octavo de doce equipos en la actual Women's Super League, con diez puntos en once jornadas.
Arroyo dirigirá por primera vez al Aston Villa este sábado en su partido contra el líder, el Chelsea, que ha logrado 31 puntos de 36 posibles.