Прозаик, исследователь русской литературы ХХ века. Родился в 1963 году в Москве. Окончил филологический факультет Московского государственного университета (1985). Доктор филологических наук. Профессор филологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, с октября 2014 года – ректор Литературного института им. А. М. Горького. Дебютировал как прозаик рассказом «Тараканы» в журнале “Октябрь” (1987). Первая книга «Дом в Остожье» вышла в 1990 году. Печатается в журналах “Новый мир”, “Москва”, “Знамя”, “Октябрь”, «Грани», “Литературная учеба”, “Роман-газета”, “Подъем”. Автор многих книг прозы, а также биографий Александра Грина, Михаила Пришвина, Алексея Толстого, Михаила Булгакова и Андрея Платонова, вышедших в серии «ЖЗЛ». Произведения А. Н. Варламова переведены на немецкий, испанский, китайский, болгарский и др. языки. Член Союза российских писателей и русского Пен-центра. Лауреат премий Лейпцигского литературного клуба “Lege Artis” за лучший русский рассказ (1995), “Антибукер” (1995), журнала “Октябрь” (1995, 1997), издательства “Роман-газета” (1998), литературной премии Александра Солженицына (2006) «за тонкое исслеживание в художественной прозе силы и хрупкости человеческой души, ее судьбы в современном мире; за осмысление путей русской литературы XX века в жанре писательских биографий». В 2007 году стал обладателем премии «Большая книга» за биографию Алексея Толстого.
В 2014 году увидел свет роман «Мысленный волк», который автор назвал «личной попыткой высказаться о Серебряном веке». Роман вошел в шорт-лист премии «Большая книга». С 2011 года – главный редактор журнала «Литературная учеба». Член жюри литературной премии «Ясная Поляна».