После службы Сергей Варчук приехал в Москву и поступил в Школу-Студию МХАТ на курс Олега Ефремова. После окончания учебного заведения пробовал себя на разных сценах, в числе которых и МХАТ, и молодёжный театр «На Спартаковской», и Театр имени Станиславского, и другие.
В 1982 году Сергей Варчук успешно дебютировал в кино, сыграв в картине «Не могу сказать “прощай”». Молодому актёру досталась главная роль, с которой он отлично справился. После этого Сергей начал всё больше сниматься, так как театральная карьера оказалась достаточно сложной. В 1995 году он был задействован в двух знаменитых картинах «Говорит Москва» и «Тайная прогулка», в 1996-ом сыграл уже в пяти фильмах: «Михайло Ломоносов», «Голова Горгоны», «Мостик», «Одинокий автобус под дождём», «Прости». Всего до распада Советского Союза Сергей Варчук снялся более чем в 15 картинах.
После 1991 года он также смог найти себя в кинематографе. В начале 90-х играл второстепенные и эпизодические роли в малобюджетных картинах, а с середины стал более востребован. К этому времени принадлежат такие известные фильмы с его участием, как «Волшебник Изумрудного города», «Под знаком Скорпиона», сериал «Графиня де Монсоро».
В 2000 году Сергей Варчук сыграл в исторической ленте Александра Прошкина «Русский бунт». После этого он снялся ещё в нескольких телевизионных сериалов, среди которых можно выделить «Люди и тени 2», «Рокировка», «Слепой», «Клуб», «Женщина желает знать…» и другие. В 2008 году Сергей Варчук снова получил роль в полнометражной картине «Позвони в мою дверь». Всего на данный момент в арсенале актёра уже более 45 работ.
Кроме съёмок в кино, Сергей Варчук пробовал себя на поприще телеведущего в передаче «Служба спасения».
