Serhij Wołodymyrowycz Warłamow (ukr. Сергій Володимирович Варламов; ur. 21 lipca 1978 w Kijowie) – ukraiński hokeista, reprezentant Ukrainy, olimpijczyk. Działacz hokejowy.
Kariera mały|240px|Serhij Warłamow w barwach Donbasu (2012)
Karierę rozwijał w Ameryce Północnej, gdzie przez wiele lat występował w zespołach z rozgrywek WHL, CHL, AHL i NHL. W 2004 powrócił do Europy i grał w klubach rosyjskich. Od 2011 zawodnik Donbasu Donieck. W kwietniu 2013 przedłużył kontrakt z klubem o rok. Z uwagi na zaprzestanie działalności Donbasu w połowie 2014, przerwał karierę. Od lipca 2015 ponownie związany kontraktem z Donbasem. Na początku kwietnia ogłosił zakończenie kariery zawodniczej.
Uczestniczył w turniejach mistrzostw świata w 2000, 2003, 2004, 2005 (Elita), 2008, 2009, 2010, 2013, 2014, 2015 (Dywizja I) oraz na zimowych igrzyskach olimpijskich 2002.
W 2016 został dyrektorem wykonawczym Ukraińskiej Hokejowej Ligi.