Wie in der Apostelgeschichte (Apostelgeschichte 17: 34) berichtet, wurde er durch die Predigt des Apostels Paulus während der Areopag-Predigt zum Christentum bekehrt, so Dionysius, Bischof von Korinth, wie von Eusebius zitiert. Er war einer der ersten Athener, die an Christus glaubten.
Die Tradition besagt, dass er sich früher, in jungen Jahren, in Heliopolis von Ägypten (in der Nähe von Kairo) befand, gerade zur Zeit der Kreuzigung Christi in Jerusalem. An jenem Großen Freitag, zur Zeit der Kreuzigung Christi, kam nach dem Evangelium „Von Mittag bis drei Uhr nachmittags Dunkelheit über das ganze Land.“ (Matthäus 27:45). Der junge Dionysius war schockiert von diesem paradoxen Phänomen und rief aus: „Gott leidet oder ist immer verzweifelt“ („Gott leidet oder ist alles verloren“). Er achtete darauf, den Tag und die Stunde dieses übernatürlichen Ereignisses der Dunkelheit der Sonne zu notieren.
Als Dionysius nach Athen zurückkehrte, hörte er die Predigt des Apostels Paulus auf dem Areopag-Hügel in Athen, der über diese übernatürliche Dunkelheit während der Kreuzigung des Herrn sprach und jeden Zweifel an der Gültigkeit seines neuen Glaubens auflöste. Er wurde 52 n. Chr. mit seiner Familie getauft. Auf seine Annahme Christi wird in Apostelgeschichte 17: 34 Bezug genommen: „Aber einige Männer schlossen sich ihm an und glaubten, darunter auch Dionysius der Areopagit und eine Frau namens Damaris und andere mit ihnen.“ Als Dionysius Paulus auf dem Areopag in Athen über Christus predigen hörte, erinnerte er sich an diese Erfahrung, die seine Überzeugung stärkte, dass Paulus die Wahrheit über Christus als den lang verheißenen Messias und Retter der Welt sprach. Historische Berichte schrieben, dass er, als er erfuhr, dass die Mutter Christi, Maria, in Jerusalem lebte, nach Jerusalem reiste, um sie zu treffen. Von diesem Treffen sagte er: „Ihr Aussehen, ihre Gesichtszüge, ihre ganze Erscheinung bezeugen, dass sie in der Tat Mutter Gottes ist.“ In Jerusalem entdeckte er auch, wo Maria schlief und verließ diese Welt, um sich ihrem Sohn und ihrem Gott anzuschließen. Dann weinte er schmerzlich wie die Apostel und andere Kirchenführer Ströme von Tränen und besuchte auch Marias Beerdigung in Jerusalem. Dionysius erlitt durch Verbrennen das Ende eines christlichen Märtyrers. Seine Geschichte wurde vom frühchristlichen Historiker Eusebius von Cäsarea in seiner Kirchengeschichte
Nach seiner Bekehrung wurde Dionysius der erste Bischof von Athen. Er wird als Heiliger in der katholischen und der ostorthodoxen Kirche verehrt. Er ist der Schutzpatron Athens und wird als Beschützer der Richter und der Justiz verehrt. Sein Andenken wird am 3. Oktober gefeiert. Sein Namenstag in der ostorthodoxen Kirche ist der 3. Oktober und in der katholischen Kirche der 9. Oktober.