Родился 23 февраля 1979 года в Днепропетровске. Учился в Киевском государственном хореографическом училище в классе Валерия Парсегова. Будучи студентом выпускного курса, дебютировал на сцене Национальной оперы в спектакле "Спящая красавица", в партии принца Дезире. С 1997 по 2007 год — премьер балетной труппы НОУ. В 2001-2002 годах — ведущий солист петербургского Мариинского театра, с 2007 по 2009 год — премьер петербургского Михайловского театра оперы и балета, а в марте 2009 года — снова премьер Мариинки. В 2007-м в качестве приглашенного солиста выступал в миланском La Scala и Парижской опере. Сейчас является приглашенным солистом московского Большого театра, Мариинского театра и токийского New National Theatre. В ноябре 2011-го Денис Матвиенко был назначен руководителем балетного цеха НОУ.