Según la tradición, Dionisio fue uno de los siete obispos que Roma envió a evangelizar la Galia en tiempo del emperador Decio. A mediados de siglo III, fue martirizado en París, junto con sus compañeros Rústico y Eleuterio. Su cuerpo fue lanzado al Sena, mientras que el de sus compañeros de martirio fue enterrado después en la abadía de Saint-Denis, a las afueras de París. El Martirologio Jeronimiano (siglo V) sitúa la fiesta el 9 de octubre y su memoria entró en el santoral en 1568.