Денис Вороненков родился 10 апреля 1971 года в Горьком. В 1988 году с отличием окончил Ленинградское суворовское военное училище, в 1985-м получил диплом и золотую медаль Военного университета Министерства обороны России.
В 90-е годы проходил военную службу на различных должностях в органах Военной прокуратуры. С 2001 по 2006 год был заместителем мэра Нарьян-Мара, затем заместителем главы администрации Ненецкого автономного округа. С 2011 по 2016 год - депутат Госдумы шестого созыва от КПРФ.
В марте 2015 года Вороненков женился на оперной певице, депутате Госдумы от "Единой России" Марии Максаковой. В декабре 2016 года вместе с супругой уехал жить в Киев, получив украинское гражданство. Эмиграцию на Украину Вороненков объяснил преследованием его в России со стороны ФСБ.
В феврале 2017 года КПРФ исключила Вороненкова из своих рядов, а СКР объявил экс-депутата в розыск в связи с уголовным делом по рейдерскому захвату здания в центре Москвы.
Убит в центре Киева 23 марта 2017 года.