Le Portugais Pepe parti en Turquie, Varane profite de cette saison pour s'affirmer en tant que titulaire en club. Il gagne à nouveau la Ligue des champions le face à Liverpool. Appelé à disputer la Coupe du monde, il participe à la victoire des Bleus par un but de la tête face à l'Uruguay en quarts de finale (victoire 2-0). Le , il devient champion du monde après la victoire des "Bleus" (4-2) face aux Croates. Il est le seul français à avoir participé à toute la compétition, soit sept matches et 630 minutes sur les terrains russes. Il est par ailleurs le quatrième joueur à remporter la Ligue des champions et la Coupe du monde la même année, après Christian Karembeu en 1998, Roberto Carlos en 2002, et Sami Khedira en 2014 qui étaient tous eux aussi des joueurs du Real Madrid quand ils ont gagné le Mondial.