Родился 4 июня 1965 г. в с. Мухоршибири Бурятской АССР (ныне Республика Бурятия).
В 1987 г. окончил факультет филологии и журналистики (отделение журналистики) Иркутского государственного университета им. А. А. Жданова, в 2000 г. - Восточно-Сибирский государственный технологический университет (ныне Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления) по специальности "экономист".
После окончания Иркутского госуниверситета был направлен по распределению на работу журналистом в газету "Ленинский путь" Мухоршибирского района.
Вступил в КПСС (состоял в партии до 1991 г.).
С 1988 по 1991 гг. - первый секретарь Мухоршибирского районного комитета ВЛКСМ. Одновременно был избран в бюро Мухоршибирского райкома КПСС (первый секретарь обкома КПСС Бурятии - Леонид Потапов).
В 1991 г. после роспуска ВЛКСМ был назначен на пост второго секретаря Бурятского республиканского комитета Российского союза молодежи.
В 1994 г. был назначен помощником Лидии Нимаевой, депутата Совета Федерации РФ I созыва от Бурятии.
В июне 1994 г. первым президентом Бурятии был избран Леонид Потапов, который также возглавил правительство республики. Александр Варфоломеев занял должность помощника, затем первого помощника президента Республики Бурятия (в ранге заместителя председателя правительства республики). С 1996 г. был также помощником Леонида Потапова в Совете Федерации.
В 1997 г. возглавил Государственную телевизионную и радиовещательную компанию "Бурятия". Занимал пост директора компании до 2013 г.
В 1998-2013 гг. - депутат Народного хурала Республики Бурятия трех созывов на непостоянной основе. 21 июня 1998 г. и 23 июня 2002 г. избирался депутатом II и III созывов республиканского парламента от Геологического избирательного округа №49. Входил в комитет по бюджету, налогам и финансам.
7 декабря 2007 г. победил на выборах депутатов Народного хурала IV созыва, баллотировался от регионального отделения партии "Единая Россия" в составе общей части списка кандидатов (№15). Был членом комитета по государственному устройству, местному самоуправлению и законности.
8 сентября 2013 г. был избран в V созыв Народного хурала Бурятии от "Единой России" (второй номер в территориальной группе №11), однако после выборов от мандата отказался. Избирался в парламент также в 2018 и 2023 гг. от "Единой России", складывал мандат в связи с переходом в Совет Федерации.
С 18 сентября 2013 г. - член Совета Федерации РФ (сенатор) от парламента Бурятии (вновь наделен полномочиями парламентом республики 19 сентября 2018 г., 25 сентября 2023 г.). Первый заместитель председателя комитета верхней палаты парламента по социальной политике.
Член Всероссийской политической партии "Единая Россия" (с 2007 г.). Был членом президиума Бурятского регионального политсовета партии.
Соучредитель общественной организации "Ветераны комсомола Бурятии" (2012).
Награжден орденом Дружбы (2023), медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" II степени (2017).
Имеет благодарность президента РФ.
Заслуженный работник культуры Республики Бурятия.