Учился в средней греческой школе в Стамбуле. Затем по окончании в 1961 году богословской школы на острове Халки был рукоположен в диакона. В 1961—1963 годах служил офицером в турецкой армии.
По возвращении в 1968 году в Стамбул работал в Халкинской школе, где в 1969 году патриархом Афинагором I был рукоположен во пресвитера. Взошедшим на престол в 1972 году патриархом Димитрием был назначен управляющим созданного тогда Патриаршего кабинета.
В декабре 1973 года хиротонисан (рукоположен) в епископа с титулом митрополита Филадельфийского с оставлением в должности управляющего Патриаршим кабинетом. В январе 1990 года назначен митрополитом Халкидонским, а с марта 1974 года вплоть до своей патриаршей интронизации состоял членом Синода и ряда синодальных комитетов.
Был избран предстоятелем Константинопольской церкви 22 октября 1991 года, чин интронизации состоялся 2 ноября того же года. Полный титул предстоятеля Константинопольской церкви: Его Божественное Всесвятейшество Архиепископ Константинополя — Нового Рима и Вселенский Патриарх. При этом правительство Турции не признает официальное титулование Варфоломея «патриархом Вселенским», а только его статус главы греко-православной общины Турции.
Варфоломей известен своим активным патронированием и организацией мероприятий, направленных на защиту среды обитания, благодаря чему получил неофициальный титул «зелёного Патриарха». В 2005 году был награжден премией ООН за заслуги в деле защиты окружающей среды.
В январе 2004 года он посетил Республику Куба и освятил первый на острове православный храм. Визит, в ходе которого патриарх осудил эмбарго Кубы со стороны США, вызвал острую критику среди кубинских диссидентов и эмигрантов. Также посещал Соединенные Штаты Америки, где находится крупнейшее каноническое подразделение под его юрисдикцией.
Участвовал во Всемирном экономическом форуме в Давосе в 1999 и 2006 годах.
В январе 2007-го Варфоломей выступил на сессии Парламентской ассамблеи Совета Европы (ПАСЕ) в Страсбурге. В своем выступлении он поддержал стремление Турции вступить в Евросоюз, высоко оценив успехи страны в принятии стандартов ЕС и проведении реформ, пересматривающих внутреннее законодательство, а также напомнив, что Константинопольский патриархат всегда поддерживал европерспективы турецкого государства. Кроме того, он подчеркнул важность беспристрастного и толерантного подхода к трезвому диалогу между религиями, отметив, что в отношениях Константинопольской церкви и государства в Турции остаются нерешенные проблемы: отказ турецких властей признать «вселенский» статус его патриархата, открыть богословскую школу на острове Халки и вернуть собственность, принадлежавшую ранее Константинопольской церкви. Приглашение патриарха на сессию ПАСЕ вызвало протесты некоторых националистически настроенных турецких политиков. В 2008 году, выступая 24 сентября в Брюсселе перед депутатами Европарламента с речью, подтвердил свою поддержку евроинтеграции Турции.
Состоявшийся вскоре после интронизации официальный визит в Русскую православную церковь в июле 1993 года ознаменовал некоторое потепление традиционно напряженных (после 1922 года) отношений между Фанаром и Московским патриархатом (МП). Во время своего визита полностью и однозначно поддержал Московский патриархат в его споре с самопровозглашенным и поддержанным украинскими властями «Киевским патриархатом».
В феврале 1996 года возник острый конфликт с РПЦ вследствие решения Константинопольского патриархата о восстановлении Эстонской апостольской православной церкви в юрисдикции Фанара, что в Москве восприняли как посягательство на юрисдикцию Русской церкви. С конца февраля 1996 года в течение некоторого времени имя патриарха Варфоломея было исключено из диптихов (списков имён, поминаемых во время литургии. — Ред.) Московской патриархии.
C 1996 года обозначилась напряженность также в связи с новой линией Константинопольского патриархата в отношении церковной ситуации на Украине на фоне попыток представителей неканонических структур добиться от Константинопольского патриарха их признания.
В сентябре 1997 года как гость симпозиума «Экология, религия и окружающая среда» в Одессе был на территории Украины и 24 сентября встретился с патриархом Московским Алексием II, что, впрочем, не сильно разрядило напряженные отношения церквей.
C 1996 года обозначилась напряженность также в связи с новой линией Константинопольского патриархата в отношении церковной ситуации на Украине на фоне попыток представителей неканонических структур добиться от Константинопольского патриарха их признания.
В 2004 году при обсуждении концепции «Москва — Третий Рим» на VIII Всемирном русском народном соборе (ВРНС) Варфоломей осудил ее как богословски несостоятельную.
Новый виток конфронтации в 2006 году был вызван ситуацией в Сурожской епархии Московского патриархата на Британских островах. Решением Синода Константинопольской церкви от 8 июня 2006 года бывший управляющий епархией епископ Василий (Осборн) был принят в лоно Константинопольской церкви. Вместе с ним в викариатство ушел ряд приходов и значительная часть прихожан. В октябре 2006 года Священный синод РПЦ постановил предложить патриарху Варфоломею рассмотреть в рамках двусторонних собеседований ситуацию, сложившуюся после приема в его юрисдикцию епископа Василия. Последовал положительный ответ, и 23 января 2007 года в Женеве (Швейцария) состоялась встреча делегаций Константинопольского и Московского патриархатов. Московская патриархия согласилась признать канонический статус епископа Василия в Константинопольском патриархате.
В июле 2008 года в ходе подготовки торжеств по поводу 1020-летия Крещения Киевской Руси, которые патриарх возглавил по приглашению украинских властей, руководство Украины во главе с президентом Виктором Ющенко рассчитывало на одобрение Варфоломеем возможного создания на Украине Единой поместной церкви. Участие патриарха в юбилейных торжествах вызвало недовольство со стороны РПЦ и властей РФ.
В мае 2010 года Варфоломей прибыл в Москву с визитом в РПЦ по приглашению патриарха Московского Кирилла. В ходе визита Варфоломей побывал также в Валаамском монастыре, где с патриархом Московским Кириллом обсудил подготовку к созыву Всеправославного собора, а также призвал верующих Украины, сомневающихся, вернуться ли им в Московский патриархат, присоединиться к канонической церкви.
В апреле 2018 года Синод Вселенского патриархата принял решение приступить к дарованию автокефалии церкви Украины. В сентябре 2018 года на внеочередном заседании Священный синод Русской православной церкви в качестве ответных действий — в связи с назначением Константинопольским патриархатом своих экзархов в Киев в рамках решения о предоставлении автокефального статуса КП на Украине — постановил приостановить молитвенное поминовение патриарха Константинопольского Варфоломея за богослужением и сослужение с иерархами Константинопольского патриархата.
В октябре 2018 года созванный в Минске Священный синод Русской православной церкви принял решение разорвать евхаристическое общение с Константинопольским патриархатом в связи с его намерением предоставить автокефалию Украинской православной церкви.
В России официальная критика деятельности патриарха Варфоломея связана, прежде всего, с затяжными юрисдикционными спорами, которые с 1922 года ведутся между Константинопольским и Московским патриархатами. Патриарх Варфоломей продолжает в целом вести глобализированную линию в русле политики патриархов Мелетия (Метаксакиса) и Афинагора (Спиру), что не может не вызывать резко негативной реакции руководства МП, стремящейся отстоять свою каноническую территорию.
В среде представителей консервативного крыла греческой Церкви, среди монахов Афона, в особенности в монастыре Эсфигмен, патриарх, как и его предшественники, подвергается критике за активную экуменическую деятельность.
Так, накануне проходившего 28-30 ноября 2014 года визита папы римского Франциска в Турцию и состоявшейся на Фанаре встречи главы Католической церкви и патриарха Константинопольского Варфоломея в Греции была обнародована петиция, подвергающая резкой критике недавние заявления предстоятеля Константинопольской православной церкви. В частности, речь шла о его взглядах на природу Православной церкви и ее отношения с другими христианскими исповеданиями и иными религиозными конфессиями. Петицию подписали более двух тысяч лиц, среди которых шестеро епископов, священники, монахи Греции и Кипра, а также монахи Горы Афон.
Управляющий делами Московского патриархата митрополит Варсонофий (Судаков) 18 сентября 2018 года в ходе паломнической поездки по Святой Земле заявил Патриаршему эпитропу в Аммане, представляющему Иерусалимский патриархат архиепископу Кириакопольскому Христофору (Аталле): «Большую проблему для Православия создал Константинополь, вопреки всем канонам назначив двух экзархов на Украину. Сейчас мы разорвали отношения со Вселенским Патриархатом на уровне архиереев, чтобы остановить его вторжение на Украину. А если они не остановятся, то в Православии будет раскол. Нужно постараться не допустить этого. <…> Нам восточный папа не нужен. Все православные поместные церкви равны, все патриархи также равны в своей власти и не могут вмешиваться в дела поместных церквей».
Ситуация на Украине изменилась уже 15 декабря 2018 года, когда состоялся так называемый собор «новой церкви». На нем непризнанные Украинская православная церковь Киевского патриархата и Украинская автокефальная православная церковь объединились и выбрали своего предстоятеля «митрополита Епифания» (Сергея Думенко).
Уже 5 января 2019 года Варфоломей подписал томос об автокефалии и передал его в Киев. Новая структура получила название Православной церкви Украины. По факту автономия «новой церкви» была сильно ограничена, а сама структура стала зависимой от Константинополя.
