В 10 лет остался полным сиротой и воспитывался в семье старшего брата, который работал в городе Чимкент. После окончания школы вернулся в Украину и поступил в Харьковский электротехнический институт.
С началом войны со студенческой скамьи добровольцем ушел на фронт. Вскоре был отозван из действующей армии и направлен преподавателем в военное училище в Самарканд. В 1946 году демобилизовался и поступил на 4 курс Львовского политехнического института. После окончания института в числе лучших выпускников был оставлен в нем преподавателем.
В 1953 году защитил кандидатскую диссертацию, в 1963 году — докторскую.
С 1963 года возглавлял Львовский политехнический институт.
В 1970—1987 гг. был ректором Киевского политехнического института.
В КПИ вошел в состав кафедры электрических сетей и систем. Под его руководством были начаты научно-исследовательские работы в области нетрадиционной энергетики, использования энергии ветра, Солнца, морских приливов. Был научным руководителем подразделения республиканской научно-технической программы «Энергокомплекс» по альтернативным источникам энергии. По инициативе Г.И. Денисенко впервые в СССР был создан испытательный полигон «Десна» для исследования проблем комплексного использования альтернативных источников энергии. Под руководством нового ректора выросли объемы и качество научно-исследовательских работ коллектива.
Под руководством Г.И. Денисенко в 1970—1980-х годах КПИ возродился, стал мощным научным комплексом — были созданы учебно-научно-производственные комплексы по основным направлениям исследований, построены и оснащены современные учебные корпуса, библиотека, столовая, другие сооружения. А Дворец культуры КПИ и по сей день считается лучшим в Украине сооружением такого рода.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 8 августа 1986 года за большой вклад в подготовку высококвалифицированных специалистов для народного хозяйства и развитие научных исследований Денисенко Григорию Ивановичу присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и медали «Серп и Молот».
Автор 3 монографий, 48 статей, 3 научно-популярные брошюры, получил 3 авторских свидетельства. Его научные работы опубликованы в США, Великобритании, Японии.
Награжден тремя орденами Ленина (1967, 1981, 1986), орденом Октябрьской революции (1971), медалями.
Умер 24 мая 1998 года в Киеве, похоронен на Байковом кладбище.
Именем Г.И. Денисенко названа библиотека НТТУ «Киевский политехнический институт», на входе установлена аннотационная доска.
В главном корпусе КПИ установлен его барельеф.
Сайт «Герои страны»Енциклопедiя Сучасної УкраїниВикипедия (укр.)