Находится в долине реки Ануй, на границе Алтайского края и Республики Алтай, на высоте 600 метров над уровнем моря. Это единственный памятник Алтая, содержащий многометровые толщи культурных отложений, включающий более 20 культурных слоев и представляющий таким образом разные эпохи развития человечества.
Во второй половине 18 века в пещере жил отшельник Дионисий. Отсюда и название.

О существовании пещеры стало известно сразу после освоения этого района. А систематически исследовать ее начали в 1982 году. Самые древние находки Денисовой пещеры насчитывают 300 тыс. лет. Большинство из найденных при раскопках предметов, всего которых около 50 тысяч, хранятся в фондах Института археологии и этнографии в Новосибирске, небольшая часть коллекции содержится в Бийском краеведческом музее, в школьных музеях в селах Солонешное и Черный Ануй.