พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าวรานนท์ธวัช หรือพระนามเดิม หม่อมเจ้าวรานนท์ธวัช จุฑาธุช พระโอรสในสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าจุฑาธุชธราดิลก กรมขุนเพ็ชรบูรณ์อินทราชัย ที่ประสูติแต่หม่อมระวี จุฑาธุช ณ อยุธยา (ไกยานนท์) ประสูติเมื่อวันที่ 19 สิงหาคม พ.ศ. 2465 ทรงมีพระเชษฐภคินีต่างมารดา 1 พระองค์ คือ พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าหญิงสุทธสิริโสภา (16 ธันวาคม 2463-2541) ทั้งสองพระองค์ได้รับการเฉลิมพระยศเป็น พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้า ในรัชกาลของพระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัวเมื่อ พ.ศ. 2470

พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าวรานนท์ธวัช ตามเสด็จพระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ณ ประเทศอังกฤษเมื่อ พ.ศ. 2476 ทรงเข้าศึกษาที่โรงเรียน Heathmount ใน Hertfordshire และศึกษาต่อที่ Marlborough College และ Magdalene College มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ เมื่อเกิดสงครามโลกครั้งที่ 2 ทรงลาออกจากวิทยาลัย และสมัครเข้าเป็นนักบินกองทัพอากาศอังกฤษเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2485 ทรงเป็นนักบินเครื่องบินขับไล่สปิตไฟร์ และเข้าร่วมในยุทธการนอร์มังดี ต่อมาในปี พ.ศ. 2488 ทรงเป็นหนึ่งในสายลับเสรีไทยที่กระโดดร่มลงในประเทศไทย เพื่อร่วมปฏิบัติการแทรกซึมร่วมกับกองทัพอังกฤษ

หลังสงครามโลก พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าวรานนท์ธวัช ยังทรงเป็นนักบินของกองทัพอากาศอังกฤษอยู่อีก 15 ปี จึงทรงลาออกมาเป็นนักบินของการบินไทย และทรงลาออกมาก่อตั้งสายการบินแอร์สยาม เมื่อ พ.ศ. 2508 เป็นสายการบินนานาชาติที่บินระหว่าง กรุงเทพ ฮ่องกง โตเกียว ฟุกุโอะกะ โฮโนลูลู และ ลอสแอนเจลิส สายการบินนี้เลิกกิจการไปเมื่อ พ.ศ. 2520

พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าวรานนท์ธวัช ทรงเสกสมรสกับหม่อมแพเมลา จุฑาธุช ณ อยุธยา (สมี) (Pamela Smee, สมรส 10 มิถุนายน 2493) ^[1] ทรงมีโอรสและธิดา 2 คน คือ

• หม่อมราชวงศ์ดิลกวรานนท์ จุฑาธุช (Dilok Nicholas Chudadhuj)
• หม่อมราชวงศ์หญิงดารา จุฑาธุช (Dara Jane Chudadhuj)

และพระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าวรานนท์ธวัช ทรงเสกสมรสกับ สมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอ เจ้าฟ้ากัลยาณิวัฒนา กรมหลวงนราธิวาสราชนครินทร์ เมื่อวันที่ 24 กันยายน พ.ศ. 2512และมีความสัมพันธ์กับเจ้ากอแก้ว ประกายกาวิล ณ เชียงใหม่ และ หม่อมศรีไศล สุชาตวุฒิ

พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าวรานนท์ธวัช สิ้นพระชนม์เมื่อวันที่ 15 กันยายน พ.ศ. 2533 พระชันษา 68