Еще в школьные годы Денис Матросов проявлял талант и актерские способности. Получив аттестат, юноша проучился два года в Школе-студии МХАТ. Во время учебы он успевал подрабатывать на телевидении, где вел детские передачи. Его военная служба прошла в театре Российской Армии, в котором актер проработал еще несколько лет. Дебют в кино состоялся в 1990 году, когда Денис сыграл в фильме «Сделано в СССР». Свой актерский талант он проявил в многосерийном телефильме «Две судьбы», имевший у зрителей огромный успех. С этого времени Матросов стал довольно востребованным актером, успевая сниматься в различных кинопроектах и одновременно играть в антрепризных спектаклях.
Личную жизнь Дениса Матросова не назовешь спокойной: были в ней и предательства, и измены, и недоразумения. Еще в начале своей театральной карьеры молодой актер влюбился в свою коллегу Людмилу Татарову, бросив из-за нее свою девушку. Влюбленные встречались почти восемь лет, а когда родились дети-близнецы, между ними начались ссоры из-за жилищных и материальных проблем. Чтобы получить квартиру, Людмила не записала сыновей на Дениса, став матерью-одиночкой. Ситуация сложилась так, что молодые люди разбежались и до сих пор не общаются друг с другом. Кроме этого, Татарова запретила актеру видеть детей, хотя сам Матросов тоже не стремится к этому, так как не считает этих детей своими.
Со своей будущей женой, актрисой Марией Куликовой, Денис познакомился на съемках сериала «Две судьбы». В то время в личной жизни он был одинок и еще переживал расставание с бывшей возлюбленной. Молодые люди очень быстро нашли общий язык и все свободное время проводили вместе. Осенью 2005 года они поженились, и несколько лет в их семье царили любовь и гармония. В 2011 году родился долгожданный сын Иван, который еще больше сплотил супругов. Но актер, мечтавший иметь свой загородный дом, вскоре затеял его строительство, ставшее впоследствии причиной разногласий между супругами.
Вместе с бытовыми проблемами стала уходить любовь и романтика, поэтому они стали больше ссориться. Семья поселилась в новом доме, но тут произошло неожиданное: жена подала на развод. Матросов был шокирован ее поступком и не понимал, что происходит. Он пытался наладить отношения, но это ничего не изменило. Супругов развели в январе 2015 года.
Жизнь продолжается, наладилась также и личная жизнь актера: пережив тяжелый развод, он вновь влюбился. Со своей новой возлюбленной, юристом Ольгой Головиной, он познакомился в театре после своего спектакля. Молодые люди не скрывали своих чувств и публиковали совместные фото, кроме этого, Денис сразу же познакомил Олю со своим сыном Иваном. В мае 2016 года у влюбленных родился сын Федор, который еще больше скрепил пару. Артист уже пообещал поклонникам, что после рождения малыша изменит свою личную жизнь, предложив возлюбленной стать его женой. Но он не хочет играть шумную свадьбу, намереваясь собрать родных и друзей и угостить их шашлыками. Несмотря на развод, Денис отлично ладит с бывшей женой, а его сын Иван теперь стал чаще приходить в гости к папе и своему маленькому братику.
