Окончил Боровичское духовное училище; в 1894 году — Новгородскую Духовную семинарию, где влияние на него оказал преподаватель по истории раскола Николай Сперовский (впоследствии архиепископ); участвовал в миссионерских поездках преподавателя с учениками по Старорусскому уезду.
С 1894 — помощник епархиального миссионера Новгородской епархии, проповедовал среди старообрядцев. Ещё семинаристом досконально изучил старопечатные книги, а учась в выпускном классе, уже ездил на диспуты со староверами.
1 апреля 1895 года принял монашеский постриг с именем Варсонофий, 9 апреля рукоположен во иеродиакона, 30 июля — во иеромонаха; был причислен к братии новгородского Антониева монастыря, при этом продолжал исполнять обязанности миссионера.
С 1896 — епархиальный миссионер-проповедник Новгородской епархии. Побудил многих старообрядцев перейти в единоверие (то есть признать административную подчинённость Св. Синоду при сохранении старых обрядов). Умел заинтересовать крестьянскую аудиторию своими выступлениями. Был строителем многих единоверческих храмов, где после освящения он торжественно и истово совершал богослужение по древним книгам. Публиковал статьи на миссионерские темы в «Новгородских епархиальных ведомостях», выпустил несколько книг и брошюр. Организовал ряд краткосрочных курсов для городского и сельского духовенства епархии.
Был одним из главных устроителей новой обители в Боровичском уезде, в местности с необычным названием «Забудущие родители». Она возникла как приписной к Антониеву монастырю скит на древнем кладбище, в 30 верстах от Старухинского погоста. В 1917 году скит был преобразован в самостоятельный монастырь (Пятницкая пустынь).
Участвовал во Всероссийских миссионерских съездах в Казани (1897) и Киеве (1908), единоверческом в Петербурге (1912). В 1909 был приглашен в Москву на Первый Поморский съезд (старообрядцев-беспоповцев). За свою миссионерскую деятельность был награждён в 1902 наперсным крестом, в 1909 возведён в сан архимандрита. Также награждён орденами св. Анны II степени (1912), св. Владимира IV степени (1916).
11 декабря 1916 года последовало Высочайшее повеление о назначении его 2-м викарием Новгородской епархии; 8 января (ст. ст.) 1917 года хиротонисан во епископа сонмом архиереев во главе с архиепископом Новгородским Арсением (Стадницким).
Был известен как талантливый проповедник, создал в Кириллове Братство православных жен и мужей, одной из задач которого была охрана православных святынь, главным образом, святынь Кирилло-Белозерского монастыря. С его благословения начались работы по реставрации наиболее чтимых святынь обители — храмовой иконы Успенского собора и древнейшего образа Кирилла Белозерского. Отдал половину архиерейского дома для устройства в монастыре муэея-древлехранилища.
14 сентября 1918 года Варсонофий и искусствовед А. И. Анисимов осматривали древности Горицкого Воскресенского монастыря; на обратном пути от которого был арестован и заключён в тюрьму в Кириллове. На следующий день, в числе иных, был расстрелян на горе Золотуха; тела были похоронены там же в одной могиле.
Вместе с ним были казнены:
В 1960-е годы могила была разрушена и осквернена, на её месте построили свинарник. 17 декабря 1998 на месте расстрела мучеников был установлен крест.
Епископ Варсонофий был прославлен как местночтимый святой Вологодской епархии в 1999 году. Юбилейным Архиерейским Собором Русской православной церкви в августе 2000 он и расстрелянные вместе с ним люди причислены к лику святых новомучеников и исповедников Российских для общецерковного почитания.