Le origini di questo papa non sono affatto certe, il libro pontificalis lo accredita nel periodo in epigrafe, mentre altre fonti lo insediano dal 261 al 272. Semplice prete di origini sconosciute per la prima tesi, di nobile famiglia proveniente dalla "Magna Grecia", per la seconda. Sicuramente però vi fu una "vacatio" sulla cattedra di Pietro. Con la morte di Valeriano (260), nella guerra contro la Persia di re Sàpore, il figlio Gallieno, suo successore si dimostrò di idee diverse, nei confronti della cristianità. Tutti gli editti contro i cristiani furono aboliti, probabilmente per il contributo militare nei confronti della Persia.
Se da un lato, Dionisio, riuscì a rimediare nei rapporti con lo Stato. Così non si può dire sul fronte interno e le continue lotte contro le eresie antievangeliche, per le quali rimase un convinto oppositore. La più importante eresia con la quale si dovette confrontare fu quella del vescovo di Antiochia : Paolo di Samosata, per la quale fu messa in discussione la SACRA TRINITA'. L' "apostata" sosteneva infatti l'idea di un " Cristo divenuto DIO progressivamente e per adozione". Contro Paolo Samosata si mosse, due anni dopo, l'impero di Roma con l'imperatore Aureliano che sconfisse la regina Zenobia ed il clero di Antiochia (nda: non è dato sapere i motivi che indussero ad appoggiare i cristiani di Roma... ma possono ben essere intuiti!).
Dionisio morì il 26 dicembre 268, dopo tre concili tesi ad esautorare il vescovo antagonista. Fu sepolto nella cripta del cimitero di San Callisto. San Dionisio viene festeggiato in concomitanza con Santo Stefano il 26 dicembre.