Św. Dionizy był 25. z kolei papieżem.

Ten papież sprawował swój pontyfikat w okresie pewnego spokoju, ponieważ panujący wówczas cesarze stosowali politykę względnej tolerancji wobec chrześcijan. Być może z tego powodu z działalności papieża Dionizego zostało bardzo niewiele śladów – głównie urywki jego korespondencji z biskupem Aleksandrii. W listach tych zwalcza niektóre poglądy Orygenesa.

Data jego urodzenia jest określana jedynie w przybliżeniu, nie wiemy, skąd pochodził. Kiedy Dionizy był jeszcze kapłanem w Rzymie, został wezwany przez Dionizego Wielkiego, biskupa Aleksandrii, żeby pomógł mu w rozpropagowaniu decyzji poprzednich biskupów Rzymu na temat ważności chrztu heretyków. Dionizy aleksandryjski sam popadł w herezję tryteizmu i subordynacjonizmu, tzn. wierzył, że Syn Boży został stworzony przez Ojca, co oczywiście wykluczało Jego równość z Bogiem Ojcem.

Został wybrany biskupem Rzymu około roku po śmierci poprzedniego papieża, Sykstusa II, to znaczy w roku 259.

Kiedy Dowiedział się o herezji biskupa Dionizego Wielkiego, i o tym, że w Egipcie wśród mnichów rozszerza się herezja sabelianów, zwołał w 260 r. synod w Rzymie, żeby te dwie sprawy dokładnie zbadać. Wysłał z tego synodu dwa listy: w pierwszym, prywatnym, namawiał biskupa Dionizego do rezygnacji z błędnych poglądów, co nie odniosło skutku, drugi natomiast był listem otwartym do Kościoła aleksandryjskiego, potępiającym herezje.

Dionizy zajął się reorganizacją Kościoła w Rzymie, m.in. wyznaczył cmentarze dla poszczególnych gmin i ustanowił w metropolii nowy podział administracyjny. Szczęśliwie cesarz Gallien zniósł edykty cesarza Waleriana wymierzone w chrześcijan i przywrócił im skonfiskowane posiadłości i cmentarze.

Dionizy bardzo pomógł zniszczonej przez Scytów Cezarei Kapadockiej zarówno duchowo, jak i materialnie. Przeznaczył między innymi duże sumy na wykupienie z niewoli pojmanych chrześcijan.

Zmarł 26 grudnia 268 r. i został pochowany w krypcie papieskiej w Katakumbach św. Kaliksta w Rzymie. W liturgii czczony jest 26 grudnia.

W ikonografii przedstawiany jest w ornacie papieskim, zwykle w tiarze; jego atrybutami są księga albo podwójna laska z krzyżem.

Imię Dionizy pochodzi z języka greckiego i pochodzi od mitycznego boga Dionizosa.