Российский футболист, полузащитник клуба Зенит (Санкт-Петербург) и сборной России. Заслуженный мастер спорта России (2008).
Воспитанник санкт-петербургских футбольных школ «Турбостроитель» (первый тренер М. А. Шаров) и «Смена».
С 2001 года играет за санкт-петербургский «Зенит». Дебютировал в основном составе клуба в 2002 году в матче против ЦСКА.Уже со следующего года он получил постоянную прописку в основе, лишь время от времени принимая участие в некоторых играх дубля. Под руководством Дика Адвоката Игорь раскрылся по-настоящему, завоевав вместе с командой титулы чемпиона России, обладателя Суперкубка России, Кубка и Суперкубка УЕФА.
2003 — Вице-чемпион России, обладатель Кубка Премьер-лиги
2007 — Чемпион России
2008 — Обладатель Суперкубка России; обладатель Кубка УЕФА; обладатель Суперкубка УЕФА; второй в списке 33 лучших игроков чемпионата России
2009 — Бронзовый призер чемпионата России; второй в списке 33 лучших игроков чемпионата России
2010 — Обладатель Кубка России; чемпион России; первый в списке 33 лучших игроков чемпионата России; лучший игрок года по версии болельшиков «Зенита»
Известен своим непростым характером. Так, в сентябре 2010 года во время открытой тренировки «Зенита» Денисов едва не устроил драку с начальником команды, своим бывшим одноклубником Владиславом Радимовым. Это произошло во время двусторонки, когда Радимов, судивший игру, усмотрел нарушение правил со стороны Денисова. После этого футболист на глазах журналистов и болельщиков нецензурно выругался в адрес Радимова. Главный тренер «Зенита» Лучано Спаллетти заявил, что «Денисов ни в коем случае не должен был возмущаться действиями моего помощника. Есть определенные границы, через которые нельзя переступать».
После матча 27 октября 2010 года «Спартак» (Москва) — «Зенит», в котором победу одержали москвичи со счётом 1:0, Денисов, по словам делегата матча Андрея Бутенко, был спровоцирован главным тренером Спартака Валерием Карпиным. Валерий Карпин приблизился к Денисову и начал оскорблять. Более того, весь матч нецензурно выражался в адрес Игоря,называя его трупом. После этого рядом с полем возникла потасовка с участием игроков и сотрудников двух клубов. После матча Денисов отказался общаться с делегатом матча. Комментатор канала «НТВ-Плюс» Константин Генич, находившийся у кромки поля, подтвердил, что зачинщиком инцидента был Карпин, нецензурно выругавшийся в адрес Денисова. Генич добавил, что характер Карпина сложился давно и его надо воспринимать таким, какой он есть. 12 ноября 2010 года комитет по этике РФС дисквалифицировал Денисова на 4 игры с формулировкой «за агрессивное и оскорбительное поведение, выраженное в унижении достоинства представителей „Спартака“ и его главного тренера Валерия Карпина, и провокацию последующего конфликта между представителями команд». При этом главный тренер «Спартака» Валерий Карпин также был дисквалифицирован на 2 игры, а нанесший удар тренеру «Зенита» Игорю Симутенкову физиотерапевт «Спартака» — на полгода. Председатель комитета по этике Алу Алханов объяснил более длительный по сравнению с Карпиным срок дисквалификации Денисова тем, что конфликт произошёл именно в «результате бездумных и неоправданных поступков Денисова». Сам Денисов на заседании комитета по этике отсутствовал, хотя и был приглашён.
Выступал за молодёжную сборную России, был её капитаном.
Мог отправиться на Евро-2008, но из-за разных причин отказался ехать в сборную. Из возникшего конфликта был найден выход лишь после Евро-2008. Игорь Денисов встретился с Гусом Хиддинком в Москве, они поговорили, и футболист высказал готовность прибывать на следующие матчи сборной. 11 октября 2008 года дебютировал в национальной сборной в возрасте 24 лет в матче отборочного цикла чемпионата мира 2010 против команды Германии, выйдя в стартовом составе и отыграв все 90 минут. Сборная России проиграла этот матч со счётом 1:2. Также Игорь сыграл в следующем матче со сборной Финляндии. Принял участие в 9 из 10 матчах отборочного цикла к чемпионату мира 2010, на который сборная России попасть не сумела.