Nacido antes del año 190 de padres paganos y, se dice, distinguidos.

En el 249, por intrigas, estalla en su diócesis una persecución contra los cristianos, que Dionisio describe con detalle en su Carta a Fabio.

[5]​ Dionisio fue mandado a buscar por el prefecto Sabino, y cuatro días después escapó con un grupo de paides (colegas).

Dionisio vivió entonces en una zona desértica de Libia con dos compañeros hasta el año 251, cuando la persecución cesó, y volvió a Alejandría.

Novaciano le escribió a Dionisio por apoyo, pero este lo rechazó cortantemente en una carta.

[6]​ Galieno, hijo de Valeriano, le levanta el destierro en 260, por lo cual Dionisio regresa a Alejandría, la cual se mantuvo en revolución por los siguientes dos años.

Dionisio escribió cuatro cartas condenando el error y le mandó copias al papa Sixto II (257-58).

Acusado ante el Papa Dionisio por sus pares de Alejandría, de que separaba al Hijo del Padre, negaba la eternidad del Hijo, no mencionaba al Hijo como consustancial del Padre y consideraba al Hijo como criatura,[9]​ parece ser que el Papa convoca el año 262 un sínodo en Roma[10]​ y dirige una carta a Alejandría sobre el sabelianismo, en la que reprocha a Dionisio, aunque sin nombrarlo, el admitir tres divinidades al confesar tres hipóstasis en Dios.

El papa declaró que considerar al Hijo algo inventado o una criatura era una impiedad igual, aunque contraria, a la de Sabelio.

[20]​ Escribe también algunas Cartas Festales anunciando la Pascua, costumbre que después se hará frecuente entre los obispos orientales.

[21]​ Eusebio menciona además una carta-tratado sobre el Sábado y otra sobre el ejercicio; parece ser que hablando de la lucha ascética y la superación de las dificultades del momento como deporte.

[22]​ También se conserva íntegra una carta dirigida a Basílides contestando cuestiones de tipo canónico.

[23]​ El mismo Eusebio enumera diversas cartas escritas por Dionisio con motivo del sabelianismo.