Denis Bouygues naquit le 20 mars 1954 à Paris (France). Il est le fils de Marcel Bouygues, fondateur de la société de construction Bouygues, qui a connu une croissance spectaculaire au cours des années 1950 et 1960. Denis Bouygues rejoint l'entreprise familiale en 1977 après avoir étudié à l'École Polytechnique (X) et à l'INSEAD.
En 1984, il est nommé directeur général de la société Bouygues Construction, poste qu'il occupera jusqu'en 2000. Au cours de cette période, la société connaît une expansion rapide sur le plan international et diversifie ses activités en intégrant plusieurs domaines d'activité comme les transports ou l'immobilier.
En 1998, Denis Bouygues prend également la tête de la holding familiale, la Fimalac (France Industrielle Métallurgique Alimentaire et Commerciale). Il transforme cette société en une entreprise multisecteur, implantée dans les domaines de l'industrie, du commerce et des services.
Depuis 2000, Denis Bouygues occupe le poste de président du conseil d'administration de la société Bouygues Construction et de la Fimalac. Il est également membre du conseil d'administration de plusieurs entreprises comme la Société Générale ou l'Aéroport Charles-de-Gaulle.
Denis Bouygues a également été actif dans le monde politique français. Il est membre du Mouvement des Entreprises de France (MEDEF) et s'est impliqué dans plusieurs initiatives visant à promouvoir la compétitivité française et à favoriser les échanges entre les entreprises françaises et les entreprises étrangères.
En 2013, Denis Bouygues est fait chevalier de la Légion d'honneur par le président de la République française François Hollande pour ses services rendus à l'économie française. Il a également reçu plusieurs autres distinctions et récompenses au cours de sa carrière.