Entrée à la Comédie-Française en 1946 ; sociétaire en 1958.

En 1943, en pleine occupation de la capitale, une jeune fille de 19 ans, aux yeux immenses et plein de rêveries, passionnée par la peinture, inscrite à l'École des Arts décoratifs, passe le concours d'entrée du conservatoire de Paris.
L'illustre et terrible Béatrix Dussane l'accepte dans sa classe. Trois ans plus tard, la France est libérée et la jeune fille tient entre ses mains son premier prix de comédie classique obtenu pour le rôle de Frosine dans L'Avare. La Comédie-Française engage immédiatement Denise Gence.

À une époque où la notion d'emploi règne sur les interprètes et conditionne leur carrière, son contrat de pensionnaire stipule qu'elle est engagée pour des « rôles de composition ». Il n'y aura pour elle ni de tragiques destins d'héroïnes antiques, ni les sanglots des jeunes premières, ni d'amours romantiques. Ses vingt ans à peine révolus, elle endosse les habits des vieilles acariâtres, des douairières inhumaines, des pauvres folles privées d'amour. Il y a chez la jeune Denise un don exceptionnel pour la métamorphose qui lui permet de plier sa jeunesse sous toutes les formes de l'âge, de la déraison ou du ridicule. Ses vingt ans se fondent dans cette humanité souvent gaussée et lui donnent une sensibilité et une présence en scène inattendues. Sous la direction des grands sociétaires, Jean Meyer, Jean Debucourt, metteurs en scène des productions phares de l'après-guerre, elle est dès 1947 Bélise des Femmes savantes, Marceline dans Le Mariage de Figaro, Madame Lepic dans Poil de Carotte.

À 25 ans, elle est duègne chez Victor Hugo et chez Rostand. Les années 50 la voient chez Labiche, Meilhac et Halévy, Flers et Caillavet, Courteline ou Feydeau, Édouard Bourdet. Parallèlement, elle est présente dans les créations de Montherlant, elle interprète Pirandello sous la direction de Charles Dullin, Shakespeare sous celle de Julien Bertheau. C'est avec évidence qu'elle est consacrée par la Maison de Molière et devient sa 429e sociétaire en 1958.
La comédienne sans emploi précis est devenue une jeune sociétaire distribuée dans tous les répertoires : on la voit chez Molière, chez Racine, chez Marivaux, chez Giraudoux, chez Audiberti, chez Anouilh. La décennie des années soixante-dix est celle de la consécration. Jean-Paul Roussillon, sociétaire et metteur en scène, lui propose dans L'Avare des retrouvailles avec Frosine, dont elle a enfin l'âge, trente ans après sa sortie du conservatoire.

Denise Gence sera dirigée de nouveau par Roussillon dans Sophocle, Regnard et Billetdoux avant d'être sous sa direction, en 1981, l'une des plus extraordinaires interprètes de Feydeau dans le rôle de Madame Petypon pour La Dame de chez Maxim. Deux ans auparavant, à l'Odéon, en 1979, Giorgio Strehler lui a offert le rôle de Sabina dans La Trilogie de la villégiature où le public lui réserve chaque soir de ces représentations historiques un véritable triomphe. Enfin, Jean-Pierre Vincent, devenu administrateur général, confie à Denise Gence en 1983 l'un des paris les plus risqués de sa carrière, la création de Félicité, rôle titre de la pièce de Jean Audureau. En 1986, après 40 ans de carrière, 125 rôles et des milliers de représentations, Denise Gence quitte la Comédie-Française. Sociétaire honoraire, elle retrouvera Pierre Dux au Théâtre national de la Colline pour Les Chaises de Ionesco signées par un autre sociétaire, Jean-Luc Boutté. À partir de 1990, elle semble ne plus quitter le festival d'Avignon dont elle devient une des figures majeures, jusqu'à être présente six fois dans la cour d'honneur du palais des papes, la dernière en 1997, sous la direction d'Olivier Py dans Le Visage d'Orphée.
Sa carrière fastueuse, Denise Gence la doit sans doute à cet art avec lequel elle a su aborder les contrées dramatiques les plus étrangères à ce qu'elle était, à l'intense poésie dont elle a habité tous ses rôles.

Ainsi déclarait-elle : « tous les personnages que j'ai interprétés, je les ai cherchés comme opère un plongeur en apnée. Il file par le fond, puis trouve son étoile de mer et revient à la surface avec son trésor. Au fond, nous sommes dans ce que j'appellerai le bleu du réel, et soudain, nous allons vers où nous regardons autrement le monde et les autres. »