
Dionysius war ein gelehrter Priester Roms, der unter Papst Stephan am Ketzertaufstreit teilnahm. Nach dem Martyrium des heiligen Sixtus II. blieb der Stuhl fast ein Jahr lang unbesetzt, und er wurde erst gewählt, als die Verfolgung abklang, im Juli 259. Bald darauf gewährte Kaiser Gallienus der Kirche Duldung und gab ihr ihren Besitz zurück, und Dionysius brachte ihre Angelegenheiten wieder in Ordnung.
Er hielt in Rom eine Synode ab, die den Glauben der Kirche an die Dreifaltigkeit sowohl gegen Sabellius als auch gegen jene darlegte, die Gott in drei teilten oder den Sohn zu einem Geschöpf machten, und er bat seinen Namensvetter, den Bischof von Alexandria, seine eigene Lehre zu erläutern. Er sandte auch Geld, um Christen in Kappadokien freizukaufen, die von den Goten verschleppt worden waren. Er wurde in der Papstgruft der Kallixtus-Katakombe beigesetzt.
Er wird von der Kirche als Heiliger verehrt. Seine Seite im Lexikon der Heiligen lesen.