Денис Вороненков родился 10 апреля 1971 г. в городе Горький (сегодня Нижний Новгород) в семье военного. Семья часто переезжала. За свое детство Денис успел пожить в Карелии, Минске, Киеве, Ленинграде.
Сначала мальчик пошел по стопам отца: в 1988 г. окончил суворовское училище в Ленинграде, а в 1995 г. получил золотую медаль и свидетельство об окончании Военного университета Минобороны РФ. Параллельно получил юридическое образование в Рязанском университете имени С. А. Есенина. В 1999 г. защитил диссертацию в столичной Академии МВД России, через 3 года уже имел звание доцента. Вторую диссертацию на степень доктора юридических наук защитил в 2009 году.
Одновременно с учебой Вороненков занимался карьерой. Служить начал в органах Военной прокуратуры РФ, с должности следователя в 1995 г. поднялся до зампрокурора в 1999-м.
В 2000 г. в качестве юриста появился в Госдуме РФ. В 2001 г. занял должность советника гендиректора судебного департамента при Верховном Суде РФ. В том же году был избран заместителем мэра города Нарьян-Мар в Ненецком Автономном округе, кем и работал до 2006 года.
В 2011 году Денис Вороненков избран депутатом Госдумы VI созыва, вошел в Комитет по безопасности и противодействию коррупции. С февраля 2013 г. член КПРФ. В 2016 г. выдвигался в депутаты Госдумы 7-го созыва по одномандатному округу Нижегородской области, но проиграл выборы.
В декабре 2016 г. бежал с семьей на Украину, где вопреки всем правилам тут же получил местное гражданство. Сам он заявлял, что был вынужден сменить место жительства и отказаться от российского паспорта из-за преследования со стороны ФСБ.
Расследование в отношении Вороненкова тянулось с 2014 года. Московское управление СК РФ направляло запрос в ГД РФ о лишении его депутатской неприкосновенности в связи с уголовным делом по рейдерскому захвату здания в центре Москвы. В феврале 2017 г. в отношении Вороненкова заведено уголовное дело по обвинению в организации фальсификации единого государственного реестра юридических лиц и мошенничестве. Из-за отказа явиться по вызову к следователям объявлен в федеральный и международный розыск. 3 марта 2017 г. заочно арестован Басманным судом Москвы.
Денис Вороненков был застрелен в центре Киева 23 марта 2017 года. Похоронен на Зверинецком кладбище украинской столицы.
Женат был дважды. Первой супругой Вороненкова была Юлия Александровна Вороненкова (ех. Плотникова) 1975 г.р. У пары родилось двое детей: в 2000 году появилась на свет дочь Ксения, а в 2009 - сын Николай.
В марте 2015 года Вороненков зарегистрировал брак с оперной певицей, депутатом Госдумы от «Единой России» Марией Максаковой-Игенбергс. 15 апреля 2016 года у них родился сын Иван.