Louis Eugène VARLIN est né le 5 octobre 1839 à Claye, en Seine-et-Marne dans une famille de paysans pauvres.
Il s’installe à Paris en 1852 et entre en apprentissage d’ouvrier-relieur chez un de ses oncles. Devenu artisan relieur, il participe à la création de la Société de secours mutuels des relieurs en 1857. En 1864 et 1865, il prend part aux premières grèves des relieurs dont les revendications concernent la journée de travail de 10 heures et l’augmentation des salaires.
Ayant poursuivi sa scolarité jusqu’à l’âge de 13 ans, et continué son éducation politique et économique en autodidacte (par la lecture de Proudhon notamment, mais également de nombreux autres ouvrages politique et économiques) il est choisi comme président de la Société d’épargne de crédit mutuel des relieurs. Il adhère à la section française de la Première Internationale en 1865, soit un an après sa création, et participe à ses premiers congrès, à Londres et à Genève, en tant que délégué. Il y défend notamment, et contre la majorité des délégués présents, le droit au travail des femmes.
Il accorde alors une importance toute particulière à l’égalité des sexes, qu’il tente d’appliquer quand il est élu à la présidence de la Société de solidarité des ouvriers relieurs de Paris en 1866, en faisant entrer Nathalie Lemel (ouvrière relieuse anarchiste et féministe) dans son conseil d’administration. Il s’investit alors davantage dans l’organisation des structures collectives de défense des droits des ouvriers et de soutien des travailleurs. En 1867, il devient secrétaire du bureau parisien de la Première Internationale et constitue, jusque 1870, plusieurs sections de l’internationale à Lille, Lyon, et au Creusot. Il participe à la création de la coopérative la Ménagère en 1867, du restaurant coopératif La Marmite en 1868, et à la fondation de la Fédération parisienne des sociétés ouvrières le 14 novembre 1869, qui deviendra plus tard la Confédération Générale du travail. Il est emprisonné plusieurs fois jusque 1870.
Lors de la chute de l’Empire, il fait partie du comité central républicain des Vingt arrondissements de Paris et devient commandant du 193èmebataillon du Comité central de la garde nationale, mais son opposition à la politique du gouvernement de défense nationale lui vaut d’être révoqué après sa participation à l’insurrection du 31 octobre 1870. Il se consacre alors à la subsistance des nécessiteux, particulièrement exposés aux conséquences du siège de Paris mené par les Prussiens pendant l’hiver, en organisant les « marmites de Varlin », préparées et distribuées avec l’aide de sa complice Nathalie Lemel. C’est à cette période qu’il est choisi comme secrétaire de la section française de la Première Internationale. Le 8 février 1871, il est candidat socialiste révolutionnaire aux élections législatives mais n’est pas élu.
Eugène Varlin est un acteur de premier plan de la commune de Paris. Il participe d’abord à la prise de la place Vendôme le 18 mars 1871, puis, en tant que secrétaire de la Première Internationale, à la rédaction du programme de ses sections parisiennes. Le 26 mars, il est élu au conseil de la Commune dans les VIème, XIIème et XVIIème arrondissements. Il est membre de la commission des finances, puis de la commission des subsistances. Quand le conflit avec les Versaillais s’intensifie, il est nommé directeur général de la manutention et des approvisionnements militaires. Le premier mai 1871, il s’oppose à la création du Comité de salut public, dont il redoute les dérives autoritaires. Il signe alors le manifeste de la minorité, comme le font la plupart des internationalistes parisiens. Mais les minoritaires ne parviennent pas à empêcher la constitution du Comité.