Cybèle Varela inicia sua carreira nos anos 60, tornando-se uma das figuras-chave da "Nova Figuração", criando obras que refletem criticamente sobre a sociedade brasileira, o estado político e as relações de gênero. Em 1967, seu tríptico De tudo aquilo que pode ser (MAC USP, São Paulo) recebe o prêmio JAC. No mesmo ano, participa pela primeira vez da bienal de São Paulo, onde o seu objeto em forma de caixa "O Presente" (1967) é retirado pela polícia por motivos políticos antes mesmo da abertura oficial da bienal.
Nos trabalhos dos anos 60, e em seus outros objetos em forma de caixa, quebra-cabeças e pinturas em madeira, Cybèle Varela explorou a representação do ambiente urbano, tingida de crítica social, questões de gênero e ironia. São obras frequentemente definidas por linhas geométricas - como travessias para pedestres ou luzes e sombras - que estruturam o espaço de forma enigmática.
Recebe vários prêmios, entre os quais: prêmio Jovem Arte Contemporânea (JAC) no MAC USP de São Paulo (1967), XXIV Salão de Arte do Paraná (1967), medalha de prata no XIX Salão de Arte Moderna de São Paulo, prêmio Banestado no Salão de Campinas (1971).
Em 1968, Varela parte para Paris com uma bolsa de estudos do governo francês, onde se muda de forma definitiva em 1971, depois de receber uma segunda bolsa, sendo artista em residência na Cité Internationale des Arts (1973-1975). Nos seus trabalhos dos anos 70, inicialmente em esmalte sintético sobre madeira e depois em acrílico sobre tela, indaga a persistência da memoria do Brasil e a questão do passar do tempo, que declina através do tema dos raios solares. Sua produção se insere no movimento de Figuração Narrativa, sendo muito apreciado de críticos como Gérald Gassiot-Talabot ou Pierre Restany, entre outros. Em 1975, é a única mulher, e brasileira, a participar da mostra ‘Selection 75’, itinerante pela França, que reunia os artistas mais destacados daquele momento, juntamente com Lindstrom, Pierre Soulages, Arman, entre outros.
Sua pesquisa se desenvolve entre pintura, fotografia e vídeo na serie de obras intituladas ‘Image’ que seguirá até os anos 80, tendo por tema central a representação da natureza e suas declinações espaciais. A partir do final dos anos 90, Varela volta a indagar questões de gêneros e construções sociais, trabalhando no formato de series, entre pinturas, fotografias e vídeos, em torno a temas específicos, como o dos cangaceiros, ou de figuras de sci-fi, onde se mesclam tradições populares e narrações intimas.
Em 2009, seu vídeo “Image” (1976, Paris, Centre Pompidou), participou da mostra elles@centrepompidou.fr, no Centre Pompidou de Paris, participando depois nas edições brasileiras da mostra, no CCBB do Rio de Janeiro e de Belo Horizonte. Exposições recentes incluem: Un tiempo proprio. Liberarse de las ataduras de lo cotidiano, Centre Pompidou, Malaga (2022-2023, Espanha) ; Insolitos, Museu de arte contemporanea do Parana (MAC-PR), Curitiba (2022, Brasil), Narrative Figuration 60s-70s, Richard Taittinger Gallery, New York, (2021, USA), AI-5 50 anos. Ainda não terminou de acabar, Instituto Tomie Ohtake, São Paulo (2018, Brasil).
Cybèle Varela participou de centenas de salões, exposições individuais e coletivas no Brasil e no exterior: França, Alemanha, Itália, Estados Unidos, Inglaterra, Suíça, Bélgica, Espanha e Japão. Além da IX Bienal Internacional de São Paulo, participou da X e XVII edições do evento paulistano, entre outras bienais. Suas obras fazem parte dos mais importantes acervos privados e públicos, entre os quais: Reina Sofia (Madri, Espanha), Centre Georges Pompidou (Paris, França), Art Museum of the Americas (Washington D. C., EUA) e, no Brasil MAC-USP, MASP, MAM-SP; MAM-RJ, entre outros.
Em 2018, a Fundação Brasilea (Basilea, Suíça) organizou a primeira exposição retrospectiva da artista. Em 2023, o MAC-USP de São Paulo apresenta uma nova exposição com ênfase na sua produção inicial dos anos 1960-1970.