1908-ban végzett az Országos Színészegyesület Színiiskolájában, de soha nem lépett színpadra. 1909-ben feleségül ment Peterdi Andor íróhoz, az ő révén került kapcsolatba a munkásmozgalommal, és a Népszava körével. Itt jelent meg első költeménye is, az Anyaság. Igazi hírnevet a Katonafiamnak című versével szerzett, amelyet az 1912 májusában Budapesten és környékén tartott nagy munkásmegmozdulások ihlették. A vers refrénjét – Ne lőj fiam, mert én is ott leszek – később világháborús időkben is gyakran idézték. A Népszavában megjelent vers miatt vádat emeltek ellene, amit aztán később ejtettek. Első kötetéről a Nyugat költői is elismeréssel szóltak – noha csak néhány verse jelent meg a lapban. Várnai Zseni igen népszerű volt az olvasók körében, annak ellenére, hogy 1945-ig mellőztetés, betiltás alatt írt. Költészetében a politikai mondanivaló mellett megjelentek a lírai témák is, például az asszonyi sors, békevágy, bizalom a szeretetben, az elmúlás fájdalma. Verselésének egyszerűsége, hétköznapi nyelvezete szinte minden olvasóhoz közel hozta. Prózaíróként is szép sikereket mondhatott magáénak, és igen népszerűek voltak gyermekeknek szóló művei, gyermekverseket tartalmazó kötetei is. Hosszú és tartalmas élet adatott számára, 1981. október 16-án 91 éves korában hunyt el Budapesten.