Hermano menor del pintor y astrólogo John Varley, Cornelius nació el 21 de noviembre en Hackney, Londres.
Alrededor de 1800, se unió a su hermano en un recorrido por Gales, momento en el cual empezó a estudiar arte.
Sus obras consisten principalmente en terminar con cuidado los temas clásicos, desde la arquitectura hasta las figuras.
Durante la celebración de la Gran Exposición en Londres en el año 1851, Varley ganó una medalla por el invento del telescopio gráfico.
Tuvo diez hijos, entre los cuales destacó el ingeniero C. F. Varley.