Varnish кэширует 404 по умолчанию, поэтому никакая конфигурация (за исключением начальной, базовой конфигурации Varnish) не требуется - если только серверная часть не предоставляет ответ, Varnish считает не кэшируемым.
Если это так , вы можете внести необходимые изменения в ответ, используя VCL, и принудительно кэшировать его.
Я не привел никаких примеров, потому что их не следует приводить - на самом деле.
Если вы хотите сделать это через nginx, это можно сделать следующим образом:
proxy_cache_valid 200 302 10m;
proxy_cache_valid 404 1m;
http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_proxy_module.html#proxy_cache_valid