Дионисий родился в Александрии, в семье язычников. Христианство принял уже в зрелые годы под влиянием Оригена, теолога, философа и ученого, к которому всегда был сердечно расположен. Впрочем, Дионисий говорил, что «обратился ко Христу путем свободного исследования, беспристрастно испытывая учения человеческие». Став после Оригена наставником в Александрийском огласительном училище, а после смерти Иеракла епископом Александрийским (247), Дионисий по-прежнему читал и исследовал сочинения еретиков и отвергал их учение только в том случае, если сам убеждался в их несостоятельности.
Дионисия предупреждали, что близкое знакомство с еретическими книгами, изучение ложных понятий может вредно отразиться на образе мыслей. Как бы в разрешение этого вопроса Дионисию было видение, что он может читать еретические книги, как способный обсуждать подобные предметы. «Я принял душой это видение, - говорил Дионисий, - как согласное с апостольским изречением, относящимся к сильным: умейте всегда находить свою выгоду или умейте отличать настоящую монету от подложной».
Во время жестокого гонения на христиан при императоре Деции Дионисий чудесным Промыслом Божьим был спасен, сначала он скрывался в тайном убежище, а потом его отослали в Мареотскую пустынь. Три года он пробыл вдали от паствы, но управлял ей с помощью посланий и доверенных пресвитеров, наставлял всегда в духе кротости и умеренности, но твердо и беспощадно вел борьбу с еретическими учениями, которые раздирали тогда Церковь.
В 261 году, при императоре Галлиене, Дионисий возвратился в Александрию. Сначала в городе случилась кровавая междоусобица, затем последовал голод, за голодом - опустошительное моровое поветрие. Эти бедствия христианский пастырь считал личной болью, проявляя заботу о каждом человеке, будь то верующий или язычник, и призывал к тому же других христиан. В одном из посланий Дионисий описал подвиги христиан во время эпидемии: «Многие из братьев наших по сильной любви, оставив заботу о своей жизни, смело посещают больных, служат им постоянно, врачуют о Христе, принимая на себя страдания их, как бы привлекая к себе болезнь. Многие из тех, которые так пеклись о больных и возвратили им здоровье, сами умерли... и этот род смерти - по благочестию и твердости веры - никак не ниже мученичества».
Бодрый духом Дионисий, хотя и ослабевший физически, к концу семнадцатилетнего управления паствой продолжал неумолимо защищать Церковь от раздирающих ее ересей и, действуя постоянно в духе любви, многих успел привести к церковному единению. Скончался он в 265 году.
Дионисий, известный в истории Церкви под именем Великого, оставил после себя много сочинений. В одном из догматических трудов о природе Дионисий приводит доказательства зависимости мира от всеблагого Бога: «Когда строится дом в городе, камни не ложатся сами в основание и не летят вверх на стены, но зодчий кладет их - каждый на свое место... Когда говорят, что из атомов составилось прекраснейшее целое и устроилось ими без намерений и мысли, как можно слушать их? Как равнодушно слышать, будто этот дом, состоящий из земли и неба, но высокоорганизованный - космос (мир), - получил свой порядок и устройство от атомов, носящихся без порядка, и самый порядок будто изменился в мире? Кто допустит, что постоянные эти движения и перевороты произошли из какого-то беспутного ношения? Кто согласится, что совершеннейшая гармония небес образовалась из инструментов нестройных?»