Виталий Денисов родился 23 февраля 1987 года в Ташкенте. Футболом начал заниматься в «Пахтакоре», после чего отправился в московскую «Академику».
В 2003 году перешел в московский ЦСКА, в составе которого стал обладателем Кубка УЕФА и Кубка России. Спустя три года Денисов перешел в нижегородский «Спартак» на правах аренды, а уже в следующем сезоне права на футболиста выкупил украинский «Днепр».
В «Днепре» Денисов стал твердым игроком основного состава, в общей сложности проведя за команду 164 матча.
С 2006 года Виталий Денисов выступает за сборную Узбекистана.
СОКРАЩЕНИЯ В ТАБЛИЦЕ:И — игры (в стартовом составе), МИН — минуты, проведенные на поле, Г — голы (с пенальти), ГП — голевые передачи, ЖК — желтые карточки, КК — красные карточки, ВЗ — выход на замену, БЗ — был заменен.