Геворг Вартанян родился 17 февраля 1924 года в Ростове-на-Дону. Его отец, Андрей Васильевич, был иранским подданным и директором маслобойного завода. Когда Геворгу исполнилось шесть лет, семья переехала в Иран, где Андрей Вартанян выполнял задания советской разведки. Он пользовался уважением в иранском обществе и почти не пользовался финансовой поддержкой из Центра, тратя на разведывательную деятельность свои заработанные средства.
Андрей Вартанян был патриотом и воспитал сына в том же духе. С 1940 года Геворг начал работать на советскую разведку под руководством Ивана Агаянца, получив оперативный псевдоним «Амир». Он собрал группу единомышленников, состоящую из армян, лезгин и ассирийцев, выходцев из СССР. Эти люди либо были высланы из Советского Союза, либо покинули его, спасаясь от репрессий, но всех их объединяла любовь к Родине.
В этот период Геворг встретил свою будущую жену, Гоар, сестру одного из своих товарищей. Группа Вартаняна выявила около 400 агентов среди иранцев, работавших на Германию. В 1942 году, когда англичане открыли в Иране разведывательную школу для подготовки агентов для заброски в СССР, Геворг смог установить личности обучавшихся там агентов, что впоследствии позволило их задержать. После протеста советской стороны школа была закрыта.
Группа Вартаняна сыграла ключевую роль во время Тегеранской конференции 1943 года — первой встречи «большой тройки», где решалась судьба мира. Нацистский диверсант Отто Скорцени планировал ликвидировать или похитить Сталина, Рузвельта и Черчилля. Группа Вартаняна предотвратила этот план, раскрыв личности агентов и обеспечив безопасность лидеров в Тегеране.
Однако планы Гитлера потерпели крах. Группа Геворга Вартаняна, вместе с британской разведкой MI6, перехватывала и расшифровывала все сообщения немецких диверсантов. Это стало уникальным случаем в истории разведки: группа девятнадцатилетнего Вартаняна сорвала покушение на лидеров «большой тройки». За несколько дней до начала конференции были арестованы немецкие агенты в Тегеране. Эту историю частично отразил советско-французский фильм «Тегеран-43», в котором советского разведчика сыграл Игорь Костолевский. Прототипом главного героя был Геворг Вартанян.
В 1946 году Геворг женился на Гоар, которая входила в его разведывательную группу. В 1951 году супруги Вартанян вернулись в Советский Союз, поступили в Ереванский университет и окончили факультет иностранных языков. После окончания университета они продолжили работу во внешней разведке и почти тридцать лет работали вместе.
Супруги Вартанян рассекретили десятки баз НАТО в Европе. Геворг выступал под прикрытием то иранского бизнесмена, то испанского журналиста. За время заграничной работы они побывали примерно в ста странах. Многое из их деятельности остается засекреченным.
28 мая 1984 года Указом Президиума Верховного Совета СССР Геворгу Вартаняну было присвоено звание Героя Советского Союза за выдающиеся достижения в сборе разведывательных данных и проявленное мужество.
В 1986 году супруги Вартанян вернулись на родину и занимались подготовкой будущих агентов-нелегалов. После выхода на пенсию Геворг продолжал делиться опытом с молодыми сотрудниками внешней разведки. В 2000 году его имя было раскрыто, и он был признан одним из ста великих разведчиков мира.
Геворг Вартанян скончался 10 января 2012 года в московской Боткинской больнице из-за онкологического заболевания. Он был похоронен 13 января на Троекуровском кладбище, на его похоронах присутствовал Владимир Путин, который знал Вартаняна по работе в Германии.