Это природный и археологический памятник. Пещера расположена в долине реки Ануй, на границе Алтайского края и Республики Алтай, в 4 км от деревни Черный Ануй и в 40 км от районного центра Солонешное Алтайского края.
Пещера горизонтального типа, с широким входом, расположенная близко к воде — на протяжении многих тысячелетий служила надёжным укрытием для людей и животных. Пещера доступна человеку, не имеющему специальной спелеологической или альпинистской подготовки, что способствует большой популярности объекта у туристов. Площадь пещеры 270 квадратных метров, длина 110 метров.
Свое название пещера получила в конце XVIII века, когда на долгие годы стала прибежищем старообрядческого отшельника Дионисия. Для староверов близлежащих деревень он был духовным пастырем, и кержаки постоянно наведывались к нему в пещерную келью за благословлением и советом.
Для археологии пещеру открыл в 1977 году Николай Оводов, который сделал ее обмеры. В 1978 году пещеру осмотрела группа археологов во главе с академиком Алексеем Окладниковым. С того момента и по настоящее время в пещере проводятся археологические раскопки. Вблизи пещеры создан стационарный археологический лагерь института археологии Сибирского отделения РАН.
К Денисовой пещере ведет дорога, она не асфальтирована, поэтому в дождливые дни проехать крайне сложно или даже невозможно, а в дни без осадков есть возможность проехать на внедорожнике. Маршрут выглядит следующим образом: Бийск → Смоленское → Солонешное → Топольное → Денисова пещера.
