Варлаам был первым игуменом Киево-Печерского монастыря. С молодых лет он часто приходил к преподобному Антонию Печерскому, слушал его наставления и так увлёкся монашеской жизнью, что решил стать иноком сам. Антоний принял юношу, а постриг над ним по его поручению совершил преподобный Никон.

Отец такого выбора не принял и разгневался. Но твёрдость сына оказалась сильнее: со временем отцу пришлось уступить.

Когда братия в пещерах умножилась, преподобный Антоний поставил Варлаама игуменом, а сам перешёл в другую пещеру и вернулся к уединению. С благословения наставника новый игумен построил над пещерой деревянную церковь в честь Успения Пресвятой Богородицы. Позже, по желанию великого князя Изяслава, в Крещении Димитрия, преподобный возглавил новый монастырь, устроенный в честь великомученика Димитрия.

Дважды Варлаам ходил на поклонение святыням Иерусалима и Константинополя. Житие объясняет это не одним личным влечением: христианство на Руси было тогда молодым, и многое из древних порядков Восточной Церкви приходилось перенимать и вводить заново.

Из второго путешествия он уже не вернулся: кончина застала его на Волыни, во Владимирском Святогорском монастыре, в 1065 году. По завещанию его погребли в родной Печерской обители, в Ближних пещерах. Преподобных на иконах принято писать в монашеском облачении, со свитком или благословляющей рукой.