カンザス州ドッジシティ出身。13歳の頃、ウィリアム・シェイクスピアの演劇で複数の配役をこなしシェークスピア奨学金を得ていた。17歳でプロの劇団「ラ・ジョラ・プレイハウス」に入団し俳優としてデビューを果たした。1955年、テレビドラマ『メディック』のてんかん患者役を演じて評価されワーナー・ブラザースと契約を結んだ。その後、ジェームズ・ディーン主演の『理由なき反抗』及び『ジャイアンツ』に出演。ディーンとは生き方や演劇に対する概念が共鳴していた為に1955年の自動車事故死は若いホッパーに深い衝撃を与えた。ディーンの死後、彼同様に問題児扱いされていたホッパーは『向こう見ずの男』で意見の喰い違いからヘンリー・ハサウェイ監督と喧嘩し、ハリウッドを追われニューヨークへと活動の拠点を移した。趣味の絵画や写真撮影を嗜みながら「四人の恐迫者」等のインディペンデント映画に出演した。1967年『白昼の幻想』でジャック・ニコルソンを脚本、ピーター・フォンダを俳優として迎え、1969年にはその2人を起用して監督・脚本・主演した『イージー・ライダー』はアメリカン・ニューシネマの代表作となり、ホッパーの名前も知られるようになった。1970年代には飲酒や麻薬の問題、また映画会社との確執などで役に恵まれなかったが、1986年にデヴィッド・リンチが監督をした『ブルーベルベット』で復帰した。1990年『パリス・トラウト/静かなる狂気』で、実在した犯罪王パリス・トラウトを演じ、以降は性格俳優としても活躍する。一方で、絵画や写真に関しても造詣が深く、画家としてはアブストラクト・インプレッションニズム（小さなアプローチで大きな絵を構造化する抽象画）からフォトリアリズム（写真のようにリアルに絵画を描く描写法）を描くまでに及び、写真家、彫刻家としても多彩な才能をもち、自ら世界的に個展を開くなど精力的に活動。日本において「デニス・ホッパー写真展」が催された。1991年に東京で行われたコム・デ・ギャルソンのファッションショーや、1995年に審査員を務めたゆうばり国際ファンタスティック映画祭などで度々来日している。また、トヨタ・セリカ(ST200系)、ツムラバスクリンなど、日本企業のCMへの出演歴もある。2005年にはゴリラズのアルバム『Demon Days』に参加した。2008年にフランス最高の勲章、レジオン・ド・ヌール勲章を受賞。2010年3月にはハリウッドの殿堂入りを果たした。2009年10月に前立腺癌であることが報じられ、さらに2010年1月には癌が骨にまで転移し末期状態であると報じられた。2010年5月29日、カリフォルニア州の自宅にて死去。
1939年1月4日、キューバのグアンタナモ湾で冬季艦隊行動を実施するためサンディエゴを発った。その後、4月18日にノーフォークに帰還した。カリブ海や東海岸の沿岸で航海を行った。1939年の秋にヨーロッパで第二次世界大戦が勃発すると、レンジャーはバミューダ諸島を拠点に通商航路の中立哨戒を開始した。中部大西洋とニューファンドランド、アメリカ東海岸からアルゼンチンといった海域で哨戒を行った。1941年12月7日に日本の真珠湾攻撃（太平洋戦争）により太平洋も戦場になるとトリニダード・トバゴのポート・オブ・スペインでの哨戒任務からノーフォークへ戻った。12月8日にノーフォークに到着し、21日に南部大西洋で哨戒するため出港した。その後、1942年3月22日に修理のためノーフォーク海軍工廠に入渠した。同年4月22日にロードアイランド州のクォンセット・ポイントを発って戦闘機P-40を装備するアメリカ陸軍第33飛行隊の輸送を行い、7月にもP-40の輸送を行った。それらの戦闘機はフライング・タイガースとして中国を支援した。また、10月にはバミューダでタンカーから改造されたサンガモン級護衛空母4隻と航空隊を強化するため訓練を実施した。アメリカ海軍大西洋艦隊で唯一の正規空母であるレンジャーは任務部隊を構成し、サンガモン、スワニー、シェナンゴ、サンティーらと協同で1942年11月8日にヴィシー・フランス領モロッコへ上陸した連合国軍の航空支援を行った（トーチ作戦）。航空攻撃を実施する当日の6時15分、カサブランカ沖北西30マイルの地点からレンジャーは攻撃隊を発進させた。発進した戦闘機F4F ワイルドキャットはラバトの飛行場とリョーテの飛行場を空襲し、カサブランカ湾のフランス海軍艦艇にも攻撃を加えた。1942年11月11日、カサブランカのヴィシー・フランス軍は連合国のアメリカ軍に降伏し、レンジャーは11月12日にモロッコ沿岸を発って23日にノーフォークへ帰還した。チェサピーク湾で訓練を行った後、レンジャーは1942年12月16日から1943年2月7日までノーフォーク海軍工廠に入渠してオーバーホールを実施した際に飛行甲板長が延長された。オーバーホールを終えると陸軍の戦闘機カーチス P-40L 75機を搭載し、2月23日にアフリカのカサブランカへ輸送した。さらにニューイングランドの沿岸を哨戒を兼ねて飛行隊の訓練を行い、ハリファックスに向かった。8月11日にはハリファックスを出発してスコットランドのスカパ・フローに向かい、イギリス海軍の本国艦隊の指揮下に入って北大西洋を哨戒した。10月2日に本国艦隊はドイツの海上輸送路を攻撃するためスカパ・フローから出撃した。察知されることなく、レンジャーの任務部隊は10月4日にヴェストフィヨルド (Vestfjord) へ到着し、6時18分に爆撃機SBD ドーントレス20機と護衛の戦闘機F4F ワイルドキャット8機を発進させた。1つの爆撃機部隊はボド港の8,000トン貨物船ラプラタを攻撃している間、残りは北に位置するドイツの輸送船団を攻撃した。輸送船団の10,000トンタンカーを大破させ、小型の船舶にも打撃を与えた。ボド港を攻撃した部隊も4隻の小型商船を沈めた（リーダー作戦）。レンジャーの雷撃機TBF アヴェンジャー10機と戦闘機F4F ワイルドキャット6機からなる第2次攻撃隊は、貨物船の小型の貿易船を爆撃した。対空砲火で3機のレンジャー搭載機が失われた。レンジャーは1943年10月6日にスカパ・フローに帰還した。イギリス海軍の第2戦艦部隊とアイスランド沖で哨戒を行った後、ハヴァルフィヨルド（Hvalfjord）を出発し、11月26日にボストンに着いた。1944年1月3日、訓練用の空母となったレンジャーはクォンセット・ポイントを出発したが、4月20日にレンジャーがスタテン島へ到着した際、カサブランカへ陸軍の戦闘機P-38 76機とフランス海軍の兵員などを輸送するため任務は中止となった。4月24日に出航したレンジャーは5月4日にカサブランカに到着し、軍の兵員と修理を必要とする航空機を搭載してニューヨークへ戻るため出航した。1944年5月16日、ニューヨークに戻ったレンジャーはノーフォーク海軍工廠に入渠した。飛行甲板の強化と夜間戦闘機の訓練をできるように新型のカタパルト、着艦用機器とレーダーを装備した。7月11日にノーフォークを出発してパナマ運河を渡り、パナマシティのバルボアで陸軍の兵員を乗船させてサンディエゴに向かった。レンジャーは7月25日にサンディエゴに到着し、海兵隊と航空機を搭載して7月28日にハワイへと向かった。8月3日にハワイの真珠湾へ到着し、それから3ヶ月の間、レンジャーは夜間戦闘機部隊の訓練任務に従事した。レンジャーは戦闘任務向けの訓練のため、10月18日に真珠湾を発ち、カリフォルニア沿岸で終戦まで訓練を続けた。