Варлаам был сыном одного из бояр князя Изяслава Ярославича. Склонный к монашеской жизни подвизался в киевских пещерах вместе с преподобными Антонием и Феодосием. После того как монашеская община разрослась Варлаам был поставлен преподобным Антонием Игуменом монастыря. Позднее князь Изяслав (в крещении Димитрий) поставил Варлаама игуменом монастыря в честь своего покровителя — святого Димитрия.
Незадолго до смерти Варлаам посетил Константинополь и на обратном пути скончался в городе Владимире.