Για τον βίο του διαμορφώθηκαν διάφορες συναξαριστικές παραδόσεις, όπως λ.χ. ότι κατά την ημέρα τής σταύρωσης τού Χριστού βρισκόταν στην Ηλιούπολη της Αιγύπτου με τον φιλόσοφο Απολλοφάνη και μετά το σκοτείνιασμα του ηλίου αναφώνησε ότι «η φύσις αλλοιούται ή θεός πάσχει» ή ότι μετά τον αποκεφαλισμό του ο ίδιος παρέδωσε την αποκοπείσα κεφαλή του στην ευσεβή γυναίκα Κατούλα. Σύμφωνα με μεταγενέστερες παραδόσεις, που δεν είναι ευρύτερα αποδεκτές, ο Διονύσιος υπήρξε ο ιδρυτής τής Εκκλησίας των Παρισίων.
Στον Διονύσιο τον Αρεοπαγίτη αποδόθηκαν διάφορα μεταγενέστερα ψευδεπίγραφα έργα, τα οποία η σύγχρονη έρευνα δεν θεωρεί γνήσια. Πρόκειται για τα έργα «Περί της ουρανίου ιεραρχίας», «Περί της εκκλησιαστικής ιεραρχίας», «Περί των θείων ονομάτων», «Περί μυστικής θεολογίας» και «10 επιστολές», γνωστά και ως «Ψευδο-διονύσια», που επηρέασαν βαθύτατα την πορεία της θεολογίας των μέσων χρόνων, τόσο στην Ανατολή, όσο και στη Δύση.
Ο Άγιος Διονύσιος ο Αρεοπαγίτης μαρτύρησε για την πίστη του επί του ρωμαίου αυτοκράτορα Δομιτιανού, αλλά σύμφωνα με άλλες πηγές το μαρτύριό του τελέστηκε επί Τραϊανού ή και επί Αδριανού. Στην Αθήνα υπάρχουν δύο ναοί αφιερωμένοι στη μνήμη του: των Καθολικών στην οδό Πανεπιστημίου και των Ορθοδόξων στην οδό Σκουφά.
Απολυτίκιο
Χρηστότητα εκδιδαχθείς, και νήφων εν πάσιν, αγαθὴν συνείδησιν ιεροπρεπώς ενδυσάμενος, ήντλησας εκ του Σκεύους της εκλογῆς τα απόρρητα, και την πίστιν τηρήσας, τον ίσον δρόμον τετέλεκας, Ιερομάρτυς Διονύσιε. Πρέσβευε Χριστώ τω Θεώ, σωθήναι τας ψυχάς ημών.