San Gregorio de Tours, que escribió en el siglo VI, cuenta que san Dionisio de París nació en Italia. El año 250 fue enviado con otros obispos misioneros a las Galias, donde sufrió el martirio. El Hieronymianum menciona a san Dionisio el 9 de octubre, junto con los santos Rústico y Eleuterio. Ciertos autores posteriores afirman que Rústico y Eleuterio eran respectivamente el sacerdote y el diácono de san Dionisio, que se establecieron con él en Lutetia Parisiorum e introdujeron el Evangelio en la isla del Sena. Debido a las numerosas conversiones que obraban con su predicación, fueron arrestados; al cabo de largo tiempo de prisión, los tres murieron decapitados. Los cuerpos de los mártires fueron arrojados al Sena, pero los cristianos consiguieron rescatarlos y les dieron honrosa sepultura. Más tarde se construyó sobre su sepulcro una capilla, junto a la cual se erigió la gran abadía de Saint-Denis.
Dicha abadía fue fundada por el rey Dagoberto I, quien murió el año 638. Probablemente un siglo más tarde, empezó a introducirse la identificación de san Dionisio Areopagita con el obispo de París o, por lo menos, la idea de que san Dionisio de París había sido enviado por el papa Clemente I en el primer siglo. Pero tal idea no se popularizó sino hasta la época de Hilduino, abad de Saint-Denis. El año 827, el emperador Miguel II regaló al emperador de Occidente, Luis el Piadoso, la copia de unos escritos que se atribuían a san Dionisio Areopagita. Por desgracia, dichos escritos llegaron a la abadía de Saint-Denis precisamente la víspera de la fiesta del santo. Hilduino los tradujo al latín y, algunos años más tarde, cuando el rey le pidió una biografía de san Dionisio de París, el abad escribió un libro que llegó a convencer a la cristiandad de que el obispo de París y el Areopagita eran una sola persona. En su obra titulada «Areopagitica», el abad Hilduino empleó muchos materiales falsos o de poco valor, y resulta difícil creer que haya procedido así de buena fe. La biografía que escribió es un tejido de fábulas. El Areopagita va a Roma, donde el Papa San Clemente I le recibe personalmente y le envía a evangelizar París. Los habitantes de París intentan en vano darle muerte, arrojándole a las fieras, echándole al fuego y crucificándole, hasta que por fin, Dionisio muere decapitado en Montmartre, junto con Rústico y Eleuterio. El cuerpo decapitado de San Diniosio, guiado por un ángel, caminó, tres kilómetros, desde Montmartre hasta la abadía que lleva su nombre, portando en las manos su propia cabeza y rodeado de coros de ángeles; por ello fue sepultado en Saint-Denis.
El culto de san Dionisio fue muy popular en la Edad Media. Ya en el siglo VI, Venancio Fortunato le reconocía como el patrono de París ("Carmina", VIII, 3, 159) y el pueblo le considera como el protector de Francia, además de ser uno de los «Catorce santos auxiliadores». El elogio del martirologio actual no descarta que haya sido enviado a París por el Sumo Pontífice -como afirma el relato tradicional-, pero evita dar nombres, ya que no se sabe con certeza los años en que vivió.
En Acta Sanctorum, oct., vol. IV, hay un largo artículo sobre san Dionisio. El relato más antiguo del martirio se atribuía erróneamente a Venancio Fortunato; B. Krusch, Monumenta Germaniae Historica, Auctores Antiq., vol. IV, pte. 2, pp. 101-105, hizo una edición crítica de dicho relato, en el que no se identifica a san Dionisio con el Areopagita, pero se dice que fue enviado a París por san Clemente I.