Поставлен св. митрполитом Петром до 14 февраля 1317 года, после того как епископ Андрей Герденев 28 марта 1316 года оставил Тверскую кафедру.
Архиерейство Варсонофия пришлось на период острого соперничества московского и тверского правителей за ярлык на Великое княжение Владимирское. Епископ Варсонофий вместе с местными боярами высказался в пользу сражения Тверского князя с войсками великого князя Юрия Данииловича (Бортеневская битва 1317 года). Епископ благословил Михаила Ярославича на поездку в Орду, закончившуюся мученической кончиной князя.
6 сентября 1319 года вместе с княжеской семьёй Варсонофий возглавил встречу тверским клиром и горожанами тела великого князя Михаила на берегу Волги у Михайловского монастыря. Нет сомнений в том, что Варсонофий отпевал князя при погребении в его в кафедральном Спасо-Преображенском соборе. «Повесть о Михаиле Тверском», созданная вскоре после гибели великого князя в конце 1319 — начале 1320 года, подчёркивает духовную связь Михаила Ярославича с епископом Варсонофием.
В 1321 году, когда войска великого князя Юрия «ходиша… ратью ко Тфери», Варсонофий выступил как посол тверского князя св. Димитрия Михайловича Грозные Очи.
В 1325 году, будучи в Москве, Варсонофий участвовал в погребении великого князя Юрия, убитого в Орде тверским князем Димитрием.
Возможно, участвовал в хиротонии юрьевского архимандрита Моисея во архиепископа Новгородского.
В 1327 году в Твери произошло крупное антиордынское восстание. В 1328 году Тверь была разорена войсками Орды и ратью московско-суздальских князей. Видимо, епископ, как и тверские князья, бояре, духовенство, а также бо́льшая часть населения, бежал из города.
