Денис Мантуров родился 23 февраля 1969 года в Мурманске. После школы учился в МГУ имени Ломоносова на социологическом факультете. В 1997 году окончил аспирантуру, получив степень кандидата экономических наук.
В 2006 году получил диплом специалисты по юриспруденции Российской академии государственной службы при президенте России.
Мантуров работал на нескольких предприятиях авиастроительной отрасли, в инвестиционной компании. В 2003—2007 годах занимал пост гендиректора Объединенной промышленной корпорации "Оборонпром".
В Министерстве промышленности Мантуров работает с сентября 2007, сначала занимал должность заместителя министра, в 2012 году утвержден на посту министра.
Денис Мантуров - профессор кафедры «Системы управления экономическими объектами» Московского авиационного института. Входит в первую сотню резерва управленческих кадров президента России. Среди госнаград Мантурова - орден «За заслуги перед Отечеством» IV степени, орден Почета и орден Дружбы.
Жена - Наталья Мантурова, пластический хирург. В семье Мантуровых двое детей — сын и дочь.