Денис Власенко родился в Москве в семье музыкантов. Окончив Хоровое училище имени А.В. Свешникова и Академию хорового искусства имени В.С. Попова, получил образование как оперно-симфонический дирижер в Московской и Санкт-Петербургской консерваториях у профессоров Владимира Понькина и Александра Титова.
Денис Власенко неоднократно выступал с такими солистами, как: Анна Нетребко, Юрий Башмет, Вадим Репин, Аида Гарифуллина, Денис Мацуев, Александр Рудин, Мария Гулегина, Ильдар Абдразаков, Николай Луганский, Хибла Герзмава и многие другие артисты. Он сотрудничал со многими российскими и зарубежными коллективами: симфоническими оркестрами Московской и Санкт-Петербургской филармоний, Национальным филармоническим оркестром России, Госоркестром России имени Е.Ф.Светланова, Брюссельским филармоническим, Токийским филармоническим оркестром, Российским Национальным Оркестром, Оркестром Болонской оперы, оркестром Будапештской национальной оперы, Европейским симфоническим оркестром (Гибралтар), Государственным симфоническим оркестром Республики Татарстан, Национальным оркестром Латвии.
Вместе с оркестром «Новая Россия» записал музыку для церемонии Открытия и Закрытия Зимней Олимпиады в Сочи-2014. В сезоне 2016-2017 Денис Власенко - главный дирижер 4-го сезона телепроекта «Большая опера» на телеканале Культура.
C 2018 по 2021 год вел курс «оперно-симфонического дирижирования» в Академии хорового искусства им. В.С.Попова; проводит мастер-классы за рубежом.
В 2022-2024 гг. маэстро Власенко - главный дирижер Государственного Академического Большого Театра оперы и балета имени Алишера Навои в Ташкенте (Узбекистан).
С марта 2023 года Денис Власенко - художественный руководитель и главный дирижер Академического симфонического оркестра Самарской филармонии.
