Родился 3 января 1996 года в Омской области. Окончил школу в 2013 году, Омский автотранспортный колледж в 2017 году.
В 2014 году проходил срочную военную службу в 33-м отряде специального назначения «Пересвет» в г. Москве. После армии служил в пограничной службе в г. Исилькуле, затем был переведен в с. Одесское. Был награжден медалью «100 лет пограничным войскам».
14 октября 2022 года был мобилизован Азовским районным военкоматом. Проходил обучение в в/ч 64712 242 УЦ ВДВ г. Омск п. Светлый, далее направлен в зону проведения специальной военной операции. Служил в 98 дивизии командиром отделения разведки ОТГ «Шторм» старшим стрелком.
20 февраля 2023 года Малышев Денис Сергеевич героически погиб при исполнении воинского долга в ходе проведения специальной военной операции на Украине.
Указом Президента РФ за доблесть, отвагу и самоотверженность, проявленную в ходе проведения СВО награждён посмертно орденом Мужества.