Игорь Денисов родился в Ленинграде. Футболом начал заниматься в 8 лет, в спортивной школе "Трубостроитель" под руководством М.А. Шарова. В 10 лет перешел в спортшколу "Смена". После окончания "Смены" начал играть в юношеской команде "Зенита". В 2000 году стал победителем первенства России среди юношеских команд. С 2001 года начал играть за зенитовский дубль и завоевал с ним бронзу 2001-го года и серебро 2002-го. Вскоре Игорь стал капитаном команды дублеров, а год спустя уже дебютировал за основной состав "Зенита" в матче против ЦСКА.

В 2003 году Денисов впервые был вызван в молодежную сборную страны (вскоре став капитаном команды), а вместе с клубом стал серебряным призером чемпионата. В следующем сезоне Игорь дебютировал в еврокубках.

В 2007 году Денисов стал чемпионом России, в 2008 вместе с командой стал обладателем Суперкубка России и Кубка УЕФА, забив в финале победный гол шотландскому "Рейнджерс".

В 2005-2006 годах неоднократно вызывался в главную национальную сборную, но в матчах участия не принимал. В мае 2008 года разразился скандал, связанный с невызовом Денисова в сборную и последовавшим отказом играть за национальную команду. В итоге Гус Хиддинк объявил, что Игорь остался полноправным кандидатом в сборную России, но только после чемпионата Европы.