Родился 25.12.1909 на хуторе Постоялый, ныне село Постояловка Ольховатского района Воронежской области в семье рабочего. Русский. Член КПСС с 1930. Окончил неполную среднюю школу.

В Советской Армии с 1929. Окончил военную школу пилотов в 1931, КУКС при Военной академии Генштаба в 1939.

Участник национально-революционной войны испанского народа 1936 —39.

С апреля 1937 командир истребительного авиационного полка, авиационной бригады, затем командующий 2-й армией особого назначения.

За боевые отличия комбриг Денисов 4.7.37 удостоен звания Героя Советского Союза.

В 1939 принимал участие в боях с японскими милитаристами на реке Халхин-Гол.

Участвовал в советско-финляндской войне 1939 —40, начальник ВВС 7-й армии.

За умелое руководство боевыми действиями ВВС армии при прорыве линии Маннергейма комдив Денисов 21.3.40 награжден второй медалью «Золотая Звезда».

Генерал-лейтенант авиации (1940).

С апреля 1940 командующий ВВС ЗакВО.

В годы Великой Отечественной войны с августа 1941 был начальником Качинской военно-авиационной школы пилотов, с февраля1943 командир истребительной авиационной дивизии. С февраля1944 в Главном штабе ВВС. С 1947 в отставке.

Депутат Верховного Совета СССР 1-го созыва.

Награжден орденом Ленина, 2 орденами Красного Знамени, орденом Александра Невского, медалями, а также иностранным орденом.

Умер 16.6.1971. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище.

Бронзовый бюст установлен на родине Героя.