Dopo il colpo di Stato di Augusto Pinochet nel 1973, Varela e la sua famiglia passano 7 anni in esilio negli Stati Uniti; poi 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, fondatore del Vajradhatu e Shambhala Training. Più tardi studia con Tulku Urgyen Rinpoche, un maestro nepalese di tantra. Nel 1987 insieme ad Adam Engle, Varela fondò il Mind and Life Institute (MLI), inizialmente per sponsorizzare una serie di dialoghi tra gli scienziati e Sua Santità Il Dalai Lama sulla relazione tra la scienza moderna e il buddismo.