vybrané Washington Capitals v prvním kole (č. 23) draftu NHL 2006, Varlamov dorazil do Severní Ameriky pro sezónu 2008-09 po čtyřech sezónách v Rusku.

čtyři-doba hovoru-až do Měst od American Hockey League této sezony, Varlamov byl 20 let a 230 dní staré, když zachránil 31 z 32 střel vyhrát svůj NHL debut proti Montreal Canadiens na Dec. 13, 2008. Díky tomu se stal nejmladším brankářem narozeným v Rusku, který hrál v NHL.

nováček v letech 2009-10, Varlamov vedl Washington v gólech-proti průměru (2 .55) a shutouts (dva), byl druhý ve hrách (26) a vyhraje (15) a skončil třetí mezi nováčka NHL brankáře (minimálně 26) hry v GAA a uložit procento (.909). V letech 2010-11 skončil na čtvrtém místě v NHL v GAA (2,23) a měl.924 uložit procento, lámání Olie Kolzig Capitals rekord .920 se odehrává v letech 1997-98. V play-off Stanley Cupu 2011 však nezačal a 1. července téhož roku ho Washington vyměnil za Colorado Avalanche.Varlamov vedl Avalanche v následujících dvou sezónách. V letech 2013-14 těžil z najímání Patricka Roye, bývalého brankáře NHL, jako trenéra Colorada a instalace Francoise Allaira jako trenéra brankářů. Varlamov skončil druhý v hlasování o Vezina Trophy a čtvrtý v hlasování o Hart Trophy poté, co vedl NHL s 41 výhrami.

v lednu podepsal s Avalanche pětiletou smlouvu. 30, 2014.

Varlamov byl v sezóně 2016-17 omezen na 24 zápasů kvůli zranění kyčle. Šel 24-16-6 s a .920 procent uložit v 2017-18 byl ale znovu zraněn a nehrál v play off. On rozdělil brankářské povinnosti s Phillipp Grubauer v 2018-19 a šel 20-19-9 s 2.87 GAA a .909 uložit procento 49 hry.

Islanders podepsali Varlamov na čtyřletý kontrakt 1. července 2019. Byl 19-14-6 s 2.62 GAA a a .914 procento uložení v 45 hrách, když byla sezóna 2019-20 pozastavena 12. března kvůli obavám z koronaviru.

na mezinárodní scéně reprezentoval Varlamov Rusko na Mistrovství světa juniorů IIHF v letech 2006 a 2007.

POZNÁMKY & TRANSAKCE

• NHL Druhý All-Star Tým (2014)
• Vyměněn do Colorada, Washingtonu pro Colorado 1. kole draftu (Filip Forsberg) v roce 2012 NHL Návrh a Boston je 2. kole draftu (dříve nabyté, později se obchoduje na Dallas – Dallas vybrané Mike Winther) v roce 2012 NHL Návrh, červenec 1, 2011.
• podepsal jako volný hráč Jaroslavl (KHL), 27. Září 2012.
• podepsán jako volný hráč NY Islanders, 1. července 2019.