Denis Smalley a d'abord étudié la musique à l'Université de Canterbury (Nouvelle-Zélande) où il a obtenu un diplôme d'interprétation en orgue ainsi qu'un baccalauréat en musique. Il passe ensuite un baccalauréat en composition à l'Université Victoria de Wellington (Nouvelle-Zélande). Il enseigne la musique au Wellington College pendant trois ans avant que le gouvernement français ne lui attribue une bourse lui permettant d'aller étudier à Paris en 1971. Il passe alors un an dans la classe de composition d'Olivier Messiaen, au Conservatoire de Paris, tout en suivant le cours de musique électroacoustique dont était responsable le Groupe de Recherches Musicales (Ina-GRM). Il a été parmi les premiers compositeurs à passer le tout nouveau diplôme de musique électroacoustique et de recherche musicale. Il quitte ensuite Paris pour l'Angleterre où il obtint un doctorat en composition de l'Université de York. À partir de 1975, il enseigne la composition électroacoustique à l'Université d'East Anglia, et depuis 1994, il est professeur de musique et chef du Département de musique de la City University de Londres.

Il a reçu de nombreux prix : le Fylkingen Prize (Stockholm, 1975), le Concours international de musique électroacoustique de Bourges (1977, 1983 et 1992), le Prix spécial de la Confédération internationale de musique électroacoustique (1983), le Newcomp (États-Unis, 1984) et le Golden Nica du Prix Ars Electronica (Linz, 1988).

Il a introduit le concept de musique acousmatique au Royaume-Uni et dès 1976 a élaboré le premier système de diffusion à l'Université d'East Anglia. Il a travaillé avec de nombreux interprètes tels que : Sarah Walker, John Tilbury, Singcircle, John Wallace. Il a également été responsable de quelques événements électroacoustiques majeurs comme le Electric Weekend on the South Bank, à Londres en 1987, ainsi que le concert Promenade de la BBC célébrant le 10ème anniversaire de la Electroacoustic Music Association of Great Britain.

Denis Smalley est également connu pour ses écrits sur l'esthétique de la musique électroacoustique. Il y a plus particulièrement développé la notion de « spectromorphologie » (l'évolution temporelle des spectres sonores), poursuivant ainsi la pensée de Pierre Schaeffer sur le musical et le sonore.