Родился в Москве, учился дирижированию в Московской и Санкт-Петербургской консерваториях. В 2010 году выиграл конкурс в Государственный симфонический оркестр «Новая Россия» под управлением Юрия Башмета.
Выступал с такими солистами, как: Анна Нетребко, Юрий Башмет, Вадим Репин, Денис Мацуев, Александр Рудин, Мария Гулегина, Николай Луганский, Сергей Крылов, Дмитрий Корчак, Люка Дебарг и многие другие, сотрудничал с симфоническими оркестрами Московской и Санкт-Петербургской филармоний, Национальным филармоническим оркестром России, Брюссельским филармоническим, Токийским филармоническим оркестром, Оркестром Болонской оперы, Европейским симфоническим оркестром (Гибралтар), Государственным симфоническим оркестром Республики Татарстан, Национальным оркестром Латвии, Симфоническим оркестром Мюнстера.
Выступал в Большом театре России, Королевском театре Реал (Мадрид), Большом театре Лисео (Барселона),Национальном оперном театре Узбекистана,в театре Россини (Пезаро), театре Карло Феличе (Генуя), в театре Петруцелли (Бари), Дворце изящных искусств (Мехико), в Михайловском театре (Санкт-Петербург), в Национальном оперном театре Азербайджана, в Латвийской национальной опере (Рига), в театре Кальдерон (Вальядолид), в концертном зале Бунка Кайкан (Токио), БЗК им. П. И. Чайковского, в театре Новая опера им. Колобова, Красноярском оперном театре им. Хворостовского.
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 теле-проекта «Большая опера» на телеканале Культура.
C сентября 2018 года ведет курс «оперно-симфонического дирижирования» в Академии хорового искусства им. В. С. Попова, а также проводит мастер-классы за рубежом.