Aunque con indicios arqueológicos de poblado ibérico (Diniu), su origen como ciudad es romano (Dianium), situándose al norte de la ciudad actual y frente al antiguo puerto. Los textos clásicos y restos arqueológicos indican que en el siglo I a. C. las tropas de Sertorio establecieron en Dianium una base naval. Durante el Alto Imperio, la ciudad disfrutó de un periodo de esplendor pasando de ser ciudad estipendiaria a municipio. Entre 636 y 693, en tiempos del reino visigodo, Denia fue sede episcopal dependiente de Toledo. En la Hispania visigoda fue sede episcopal de la iglesia católica, sufragánea de la Archidiócesis de Toledo que comprendía la antigua provincia romana de Cartaginense en la diócesis de Hispania

En la época musulmana, la ciudad logrará el momento culminante de su expansión y pujanza, que generó un momento de gran vitalidad cultural. Daniyya será la capital de la taifa creada en 1010 por el amiri Muyahid al-Amiri al-Muwaffaq que, anexionándose las Baleares, convertirá el reino en un importante centro marítimo y comercial que acuñará su propia moneda hasta la invasión almohade. La taifa perdió su independencia en 1076, al ser destronado Iqbal al-Dawla por Al-Muqtadir, rey hudí de la Taifa de Zaragoza, de la cual dependió hasta la invasión almorávide (1091).

La conquista cristiana, en 1244, llevó un serio retroceso en el desarrollo de la ciudad, prácticamente deshabitada al sacarse de ella la población musulmana. Repoblada a fuero de Valencia, la villa de Denia, reducida al albacara del castillo, se convierte en el centro del poder cristiano en un término general poblado mayoritariamente por musulmanes. Jaime II de Aragón inicia la etapa del dominio señorial, al ceder la villa en 1298 a Poncio de Ampurias. Posteriormente, bajo la casa de Gandía, se convierte en condado (1356), volviendo a la Corona en tiempo de Alfonso el Magnánimo. El absentismo de este monarca posibilitó que el lugarteniente Juan de Navarra lo donara al castellano Diego Gómez de Sandoval y Rojas (1431), con el consiguiente descontento de la villa, que reclamó a su muerte la reincorporación al reino (1455) con el espaldarazo de la ciudad de Valencia, que ocupó hasta 1477 el castillo, que comprendía las tierras de los entornos de la ciudad, las cuales reciben aún el nombre de Marquesado. El condado permaneció en manos de los Sandoval, promocionándose a marquesado en 1487. El duque de Lerma, quinto marqués de Denia y favorito de Felipe III, proporciona a la villa importantes prebendas y el título de ciudad. Impulsó la expulsión de los moriscos (1609), 25.000 de los cuales embarcaron en el puerto de Denia con destino a Berbería, con el consiguiente despoblamiento y ruina económica del marquesado.

A partir del siglo XVIII, la ciudad participó abiertamente en la guerra de Sucesión, y fue la primera en proclamar rey al archiduque Carlos. La guerra y las represalias posteriores provocaron la crisis de la ciudad. Fue finalmente ocupada por los borbónicos el 17 de noviembre de 1708. El castillo, seriamente dañado, se hundirá definitivamente en la Guerra de la Independencia Española. En el siglo XIX Denia se reincorpora a la Corona (1804) y experimenta un gradual crecimiento iniciado en el barrio marinero, que se independizó administrativamente entre 1837–1839. El floreciente comercio de la pasa hizo surgir una burguesía comercial y atrajo empresas extranjeras con el consiguiente aumento de población, que pasó de 6.538 a 12.413 habitantes (dianenses) entre 1860 y 1900.