Родился в 1801 году в селе Ухолове Ряжского уезда Рязанской губернии в семье священника.
Окончил Рязанскую духовную семинарию и поступил в Московскую духовную академию.
6 ноября 1827 года пострижен в монашество.
11 декабря того же года рукоположен во иеродиакона; 28 июля 1828 года — во иеромонаха.
31 августа 1828 года окончил академию со степенью магистра и назначен инспектором Вифанской духовной семинарии.
С 17 января 1833 года — ректор Тульской духовной семинарии; 12 февраля того же года возведен в сан архимандрита Белёвского Спасо-Преображенского монастыря.
С 10 марта 1834 года — ректор Воронежской духовной семинарии и архимандрит Акатова Алексеевского монастыря в г. Воронеже.
С 4 мая 1837 года — ректор Курской духовной семинарии и архимандрит Белгородского Николаевского монастыря.
Проявил себя энергичным следователем по делу профессора Санкт-Петербургской духовной академии, протоиерея Г. П. Павского, в отношении перевода Псалтири на русский язык. Он не согласился с мнением Комитета по расследованию и высказал свое особое мнение.
31 января 1843 года хиротонисан во епископа Чигиринского, викария Киевской епархии.
С 30 июня 1845 года — епископ Архангельский и Холмогорский.
В 1851 году преосвященный Варлаам благословил иеромонаха Митрофана и его брата строителя Пармения на возобновление Кожеезерского Богоявленского мужского монастыря в Архангельской губернии.
С 4 декабря 1854 года — епископ Пензенский и Саранский.
22 апреля 1860 года возведен в сан архиепископа.
С 7 октября 1862 года — архиепископ Тобольский и Сибирский.
Преосвященный Варлаам как добрый отец заботился о своей пастве и подведомственном духовенстве. Он с особой любовью относился к сиротам духовного звания и всегда старался закрепить за ними церковно-приходские места.
Не оставлял без внимания архипастырь и дело просвещения в епархии. В Тобольске он пожертвовал на женское училище определенную сумму. На проценты от этой суммы были учреждены две стипендии его имени.
12 апреля 1872 года уволен на покой в Троицкий Белгородский монастырь.
Скончался 31 марта 1876 года. Погребён под Троицким собором Белгорода.