Venne nominato vescovo della sua città. Le poche notizie sicure che si hanno di lui risalgono a S. Girolamo e soprattutto ad Eusebio di Cesarea. Eusebio ci ha conservato frammenti interessanti di otto sue lettere, inviate alla Chiesa di Atene, di Lacedemone, di Amastri nel Ponto, di Cnosso in Creta. Tali frammenti, nonostante siano privi di notizie su S. Dionigi sono comunque documenti importanti e unici. Da essi si ricavano informazioni preziose sulla religiosità di alcune città e regioni, durante il pontificato di S. Sotere. Dionigi viene ricordato come martire nel Martirologio Romano ma anche sulla sua morte, non ci sono informazioni certe.
E' noto dalle brevi notizie di san Girolamo (De viris illustribus, XXVII) e, soprattutto, di Eusebio di Cesarea, che ne loda lo zelo apostolico e ci ha conservato importanti frammenti di otto sue lettere inviate alle Chiese di Atene, di cui era vescovo Publio, ucciso per la fede all'inizio dell'impero di Marco Aurelio, di Lacedemone, di Nicomedia, di Gortina in Creta (oggi Gerópotamos), di Amastri nel Ponto, di Cnosso in Creta, il cui vescovo Pinito rispose in termini di somma deferenza, e di Roma. Un'altra fu indirizzata a certa Crisofora, una buona cristiana peraltro ignota......