Denkov ble født 3. september 1962 i Stara Zagora. Etter videregående utdanning i Sofia tok han mastergrad i kjemi og farmasi ved St. Kliment-Ohridski University of Sofia i 1987, og han forsvarte i 1993 sin doktorgrad. Han har arbeidet som forsker og gjesteforeleser i Japan og Frankrike.