본관은 황주(黃州). 자는 언시(彦時), 호는 망암(望庵). 변택(邊澤)의 아들이며, 어머니는 함풍이씨(咸豐李氏)이다. 이이(李珥)와 성혼(成渾)의 문하에서 수학하였다.
1568년(선조 1) 사마시에 합격하였다. 1573년 식년문과에 병과로 급제하였다. 1592년에는 전라도 소모사(召募使)가 되어 군비(軍備) 수습에 힘썼다. 그 뒤 조도어사(調度御使)가 되어 누차 전공을 세우는 한편, 화차(火車) 300량을 제조하여 순찰사 권율(權慄)에게 주어, 행주대첩에 크게 기여하였다.
1600년(선조 33) 사옹원정, 1603년 함안군수를 지내다가 1605년 벼슬을 그만두고 고향 장성에 돌아가 여생을 보냈다. 이이와 성혼의 학통을 이어받아 성리학과 경학에 밝았으며, 군사전략에도 밝아 임진왜란·정유재란 때 큰 공을 세웠다.
특히 변이중이 쓴 「총통화전도설(銃筒火箭圖說)」과 「화차도설(火車圖說)」에 의거하여 화차를 제조한 공로는 우리나라 과학사에 있어서 커다란 업적이었다. 강항(姜沆)이 지은 묘지명과 이정구(李庭龜)가 지은 묘갈명 등에서 변이중의 학문과 인품, 뛰어난 전략과 창의성에 대하여 찬사를 아끼지 않았다.
뒤에 이조참판에 증직되었으며, 장성 봉암서원(鳳巖書院)에 제향되었다. 저서에 『망암집(望庵集)』이 있다.