Richards nasceu na vila Downers Grove, no estado de Illinois. É filha de pai galês e mãe croata. Mudou-se para a Califórnia e graduou-se pela El Camino High School em Oceanside.

É conhecida pelo seu papel como bond girl no filme de James Bond 007 O Mundo Não É O Bastante de 1999, além das participações em filmes como Tropas Estelares e Garotas Selvagens , de 1997 e 1998, respectivamente.

Além de sua carreira no cinema, Richards fez algumas aparições notavéis em séries de TV como a sitcom Spin City, aonde obteve um papel semi-regular. Participou de vários outros seriados, mas merece destaque a sua participação em Seinfeld, em 1993, no episódio "The Shoes" , aonde interpretou uma garota que desvia a atenção de George Costanza, causando problemas a ele mais tarde.Também atuou na famosa série de comédia Friends em 2001, interpretando Cassie, a bela prima de Mônica e Ross.

Em dezembro de 2004, posou nua para a revista Playboy. No ano seguinte, foi eleita a mãe mais sexy de 2005 pela revista In Touch.

Richards casou-se com o ator Charlie Sheen em 2002, mas separaram-se em março de 2005, apesar de rumores de reconciliação durante aquele ano. Em 2006 eles se divorciaram em meio à acusações de que Charlie teria agredido Denise. O casal tem duas filhas: Sam J. Katherine, nascida em 9 de março de 2004, e Lola Rose, nascida em 1 de junho de 2005.

A atriz estrela uma comédia chamada Blonde and Blonder de 2007, dirigida por Dean Hamilton. Denise atua como a melhor amiga de Pamela Anderson, e as duas são confundidas com assassinas e perseguidas ao longo da trama.

Namorou de 2006 à 2007 Richie Sambora.

Em 2008 ela estreiou seu próprio reality show Denise Richards: It's Complicated. Seu ex-marido Charlie Sheen tentou impedir na justiça que Richards mostrasse as duas filhas do casal no programa, porém a atriz ganhou na justiça o direito de coloca-las no ar.