Алексей Николаевич Варламов родился 23 июня 1963 года в Москве. Отец был сотрудником Главлита (Главного управления по делам литературы и издательств), мама – учительницей словесности в школе.
С детства много читал, а также, по собственным воспоминаниям, всегда любил сочинять истории и записывать их. Много путешествовал внутри страны и по миру.
Окончил филологический факультет МГУ (1985), углублённо занимался лингвистикой.
Первая публикация – рассказ «Тараканы» (журнал «Октябрь», 1987, № 12). Начинал с рассказов, затем были созданы повести, позднее – романы.
Первая книга «Дом в Остожье» вышла в 1990 году, тиражом 75000 экз.
Рассказы «Покров» и «Таинство» были опубликованы в 1991 в журнале «Знамя», «Сочельник» и «Галаша» – в «Новом мире» в 1992 году. Далее последовали повести «Гора», «Здравствуй, князь!».
В 1995 году вышел первый роман А. Варламова «Лох» («Октябрь», № 2). Частная жизнь главного героя дана на фоне переломных событий в истории страны, действие разворачивается с 1963 по 1993 годы в Москве и Мюнхене. В повествование включён свойственный русским сказкам мотив странствия. Роман «Лох» был принят читателями и критиками с интересом.
Литературная известность пришла к Варламову после выхода повести «Рождение» («Новый мир», 1995, №7), написанной на биографическом материале. Повесть получила премию «Антибукер».
Далее были выпущены романы «Затонувший ковчег» (о северной секте скопцов) и «Купол» (история России второй половины XX века глазами дальтоника), вместе с дебютным романом Варламова «Лох» составившие трилогию.
Повесть «Теплые острова в холодном море» (2000) рассказывает о путешествии двух друзей на Русский Север. На холодных островах становится теплее благодаря молитвам, творимым в монастырях.
В своём творчестве писатель ориентируется на традиции русской классической литературы. Интерес к национальным особенностям русского характера, к вопросу дальнейшего пути развития страны обострился для Варламова в трудные 1990-е. Участие в фольклорных экспедициях, внимание к деревне, ко всему русскому. Этому посвящена повесть А. Варламова «Дом в деревне» (1997). Материалом для произведения стал опыт жизни писателя в купленном им деревенском доме на севере Вологодской области, неподалеку от мест, воспетых писателем Василием Беловым (1932-2012). Нередко имя Варламова называют в ряду авторов «деревенской прозы».
В том же 2000 году Варламов выпустил автобиографический роман «Купавна».
Роман «Одиннадцатое сентября» о трагических событиях в США вышел в 2003 году.
В 2014 году увидел свет роман «Мысленный волк», автор назвал его «личной попыткой высказаться о Серебряном веке». События разворачиваются в годы Первой мировой войны. Книга интересна тем, что в ней объединяются реальные и вымышленные события.
В 2018 году вышел роман А. Варламова «Душа моя Павел», ставший бестселлером. «Наивный и мечтательный, идейный комсомолец, Паша Непомилуев приезжает в Москву из закрытого секретного городка, где идиллические описания жизни из советских газет – реальность. Он чудом поступает в университет, но вместо лекций попадает «на картошку», где интеллектуалы-старшекурсники открывают ему глаза на многое из жизни большой страны, которую он любит, но почти не знает...».
Алексей Варламов – постоянный автор серии «Жизнь замечательных людей». В серии «жизнь замечательных людей» А. Варламов выпустил книги о Михаиле Пришвине, Александре Грине, Алексее Толстом, Григории Распутине, Михаиле Булгакове, Андрее Платонове, Василии Шукшине.
Одновременно Варламов писал многочисленные очерки, критические эссе, публицистические и литературоведческие статьи.
Защитил кандидатскую, посвящённую исследованию русской прозы конца XX века, и докторскую диссертации (тема «Жизнь как творчество в дневнике и художественной прозе Пришвина»). Доктор филологических наук, профессор МГУ. Преподавал русскую литературу начала XX века и занимался научными исследованиями на филологическом факультете МГУ.
В то же время вёл творческий семинар в Литературном институте имени А.М. Горького. С 2016 года ректор Литинститута.
Член Союза российских писателей (с 1993). Лауреат множества премий. Член жюри литературной премии «Ясная поляна».
В интервью 2013 года А. Варламов рассказал о ярком впечатлении из детства: «Я всегда очень любил всё, что связано с рыбалкой. В детстве мы все лето проводили с бабушкой на даче, у станции Купавна, и ловили рыбу в Бисеровском озере. Обычно клевала маленькая рыбка, с ладошку. И вот однажды у меня на крючке оказался крупный карп.
Опыта рыбацкого не было, и в итоге леска порвалась. Вот это была страшная обида, потому что никто же не поверит, что я почти карпа поймал. А потом у меня появился рассказ «Как ловить рыбу удочкой», где тоже фигурирует карп, которого главный герой выловил. Вот чем хороша литература: она позволяет вытащить ту рыбу, которая в жизни сорвалась…».