Алексис Денисоф родился 25 февраля 1966 года в городе Селисбёри, штат Мэриленд. Сын советского эмигранта и уроженки Филадельфии. Дед Алексиса был родом из пригорода Москвы, но во время революции 1917 года он эмигрировал в Америку. "Мама рассказывала, что отец долго не мог выбрать мне имя, - с улыбкой объясняет Алексис. - Он хотел назвать меня Арчибальдом или Реджинальдом, но в итоге решил дать мне имя в честь деда. Я очень рад, что он именно так и поступил". Когда Алексису исполнилось 2 года он вместе с матерью переехал в Сиэттл, штат Вашингтон, но летом он возвращался в Мэриленд, чтобы проводить время с отцом. Именно в Сиэттле юный Алекс приобщился к актёрскому ремеслу, участвуя в постановках местных театральных групп.

С 13 лет Алексис обучался в школе-пансионе Нью-Гемпшир, Англия. По окончании школы он уже точно знал, что хочет быть актёром. После посещения театральных курсов, работы в качестве мойщика посуды и строителя, Алексису пришлось выбирать дальнейшее место своего обучения, и он выбрал престижную Лондонскую Академию музыки и драматических искусств. Первоначально он обучался по годовой программе, но затем ему было разрешено учиться по программе, рассчитанной на три года. К тому времени его мать также приехала в Англию и даже нашла себе работу, но вскоре она вновь переехала в Штаты, оставив Алексиса практиковаться в актёрском ремесле.

После окончания академии Алексис Денисоф не испытывал недостатка в работе. Он снимался в фильмах и телепостановках с такими актёрами как Шон Коннери, Кристофер Ли, Шон Бин, Мартин Шин, молодыми Джоном Ханной, Стивеном Дорффом и Юэном МакГрегором. Помимо работы в кино и на телевидении Алексис не забывал и про театр. В театральных постановках "Гамлета", "Сирано де Бержерака", "Марии Магдалины" и других спектаклях он играл вместе с Энтони Стюарт Хэдом и Ианом МакКелленом.

В общей сложности Алексис прожил в Англии около 15 лет и именно там он приобрёл свой необычный британский акцент. "Это правдоподобный английский акцент, - говорит актёр. - Но это не тот акцент, которым я разговариваю в повседневной жизни, хотя иногда мне приходилось это делать. Я долгое время жил в Лондоне, поэтому со временем и разговаривать стал как настоящий англичанин. После возвращения в Америку мне пришлось немного потрудиться, чтобы восстановить манеру прежней речи. Тем не менее, акцент Уэсли в моей интерпретации можно охарактеризовать как манеру речи среднестатистического англичанина с юга Великобритании..."

В 1998 году двухнедельный отпуск с друзьями в Лос-Анджелесе превратился для Алексиса в целый год непрерывных прослушиваний и съёмок в различных эпизодических ролях. Сначала последовали съёмки в минисериале "Noah's Arc" вместе Йоном Войтом и Мэри Стинберген, после которых Алексис уже собирался уезжать, как ему вновь предложили новую роль. Жить ему было негде, но выручила Мэри Стинберген - вместе со своим мужем Тэдом Дэнсоном она убедила Алексиса пожить некоторое время в их гостевом домике. Это "некоторое время" растянулось на целый год, а Денисоф с тех пор почитает супругов Дэнсонов своими спасителями: "Я действительно не смог бы ничего добиться, если бы не их психологическая и эмоциональная поддержка".

Случайная встреча с Энтони Стюарт Хэдом дала возможность Алексису снова поработать со своим старым знакомым, но на этот раз в телесериале. В то время съёмочная команда сериала "Баффи" никак не могла подобрать подходящую кандидатуру на роль незадачливого Наблюдателя Уэсли Уиндэма-Прайса, и с лёгкой подсказки Тони Хэда на эту роль был утверждён Алексис. Первоначально персонаж Уэсли планировался всего лишь на пару эпизодов третьего сезона, однако, как это часто бывает в "Баффи", герой Денисофа продержался вплоть до окончания сезона, после чего о нём все благополучно забыли. Все, кроме Джосса Ведона.

Закончив с "Баффи", Алексис совершил небольшое путешествие в Англию и обратно, занятый новыми съёмками. В фильме "Beyond City Limits" он играл вместе с Элисон Ханниген. После этого получили подтверждение слухи о флирте между ними на съёмочной площадке "Баффи", а сама Элисон заявила, что даже после этого они были настроены поддерживать серьёзные отношения. С декабря 2000 года Денисоф и Ханниген продолжили свои романтические встречи.

Тем временем, в эфир вышел новый сериал Ведона "Ангел". После девяти первых серий и гибели Дойла, одного из основных персонажей, Алексис Денисоф получил телефонный звонок от Джосса: "Ему пришла в голову мысль, что Уэсли может составить хорошую компанию Энджелу и сделать атмосферу более светлой. Мне очень понравилась эта идея. Я считаю, что это достойное использование данного персонажа". Таким образом Алекс попал в основной актёрский состав сериала "Ангел", в котором он проработал пять лет вплоть до его окончания. Роль Уэсли позволила ему приобрести как незабываемый опыт, так и признание своего актёрского таланта со стороны критиков и поклонников.

Алексис Денисоф женат на актрисе Элисон Ханниген (свадьба прошла 11 октября 2003 года).