Née près d’Ancône, Denise Tantucci suit des cours de théâtre à l’adolescence puis intègre une école d’art dramatique. Elle débute une carrière à la télévision en 2013 et joue dans de nombreuses séries populaires. En même temps, elle écrit un recueil de poésies et une pièce de théâtre, Doppio legame, qu’elle met en scène en 2014. Denise Tantucci fait ses premiers pas au cinéma dans la comédie italienne Ma tu che segno 6 de Neri Parenti.
On la voit aussi dans le Ben-Hur (2016) de Timur Bekmambetov. Elle accède aux premiers rôles avec le drame Likemeback (2018) de Leonardo Guerra Seràgnoli, présenté au Festival de Locarno. Le cinéaste la dirige aussi dans Gli indifferenti (2020), dont la vedette est Valeria Bruni Tedeschi. Sa jeune filmographie comporte aussi Buio (2019) d’Emanuela Rossi et In vacanza su Marte (2020) de Neni Parenti. En 2021, Denise Tantucci est à l’affiche de Tre piani de Nanni Moretti, en compétition officielle à Cannes.