Francisco Javier Varela García nasce a Santiago in Cile nel 1946. Dapprima studia medicina e biologia, poi alla Harvard University consegue il Ph.D. in biologia. La sua tesi, difesa nel 1970 e supervisionata da Torsten Wiesel, è intitolata La retina degli insetti: Il processo dell'informazione nei composti dell'occhio.
Insegna in molti istituti ed università nel Nord e Sud America: a New York, a Berkeley in California, nel Colorado, in Costa Rica, in Cile; poi in Europa presso il "Max Planck Institut for Brain Research" di Francoforte ed il "Polytechnical Institut" di Zurigo. Nel 1986 soggiorna in Francia, dove inizialmente insegna scienze cognitive ed epistemologia alla École Polytechnique. Nello stesso periodo dirige il gruppo di ricerca "Dinamiche dei sistemi neuronali" del Laboratorio di Neuroscienze e Brain Imaging del CNRS (Centre national de la recherche scientifique) presso l'ospedale della Salpêtrière.
Ha dato importanti contributi nei campi della biologia, dell'immunologia, delle neuroscienze, negli studi sull'intelligenza artificiale, nella cibernetica, nella teoria dei sistemi complessi e nell'epistemologia. Dopo il colpo di stato di Augusto Pinochet nel 1973, Varela e la sua famiglia passano 7 anni in esilio negli Stati Uniti; successivamente Varela ritorna in Cile per assumere un posto come professore di biologia. Varela diventa buddista tibetano nel 1970. Inizialmente studia meditazione con il maestro Chögyam Trungpa Rinpoche, fondatore del Vajradhatu e Shambhala Training. Più tardi studia con Tulku Urgyen Rinpoche, un maestro nepalese di tantra. Muore di epatite C nel 2001 a Parigi a causa del trapianto di fegato che aveva subito nel 1998. Varela ha lasciato quattro figli, tra cui l'attrice e modella Leonor Varela.
Varela era principalmente un biologo, ed è stato profondamente influenzato dal suo insegnante e collega cileno Humberto Maturana, anch'esso biologo con un forte orientamento filosofico. Il concetto di autopoiesi (dal greco "auto" (sé) e "poiesis" (creazione)), da lui elaborato insieme a Maturana, venne da loro utilizzato per indicare che la caratteristica fondamentale dei sistemi viventi è una struttura organizzata al fine di mantenere e rigenerare nel tempo la propria unità e la propria autonomia rispetto alle variazioni dell'ambiente, tramite propri processi costituenti che contribuiscono alla ri-generazione e al mantenimento del sistema.
« Conseguenze delle operazioni del sistema sono le operazioni del sistema. »
Varela ha scritto e pubblicato numerosi libri ed articoli scientifici in biologia, neurologia, scienze cognitive, matematica e filosofia. È stato un membro fondatore dell'Integral Institute, un think tank dedicato alla inter-fertilizzazione di idee e discipline. Varela era un fautore della Embodied Philosophy, la quale enuncia che la cognizione e la coscienza umana possono essere capite unicamente nei termini delle strutture enattive da cui provengono, vale a dire il corpo ed il mondo fisico con il quale il corpo interagisce. Varela ha introdotto nelle neuroscienze il concetto di neurofenomenologia, basata sugli scritti fenomenologici di Edmund Husserl e di Maurice Merleau-Ponty. Ha anche promosso la cosiddetta "scienza in prima persona", con la quale l'osservatore esamina la sua esperienza della coscienza usando dei metodi con i quali è possibile fare delle verifiche scientifiche.
