Według legendy św. Dionizy po ścięciu powstał podnosząc obciętą głowę i przeszedł przez zgromadzony tłum gapiów. Następnie miał przebyć kilka kilometrów otoczony śpiewającym chórem aniołów, dopiero gdy napotkał pobożną kobietę Katullę, przekazał jej swą głowę i padł martwy. Kobieta zabrała głowę męczennika, by ukryć ją w swym domu. Zdarzenie miało potwierdzić wielu świadków. Świętego Dionizego pochowano na placu Vicus Catulliacus.
Kult Do XVI w. św. Dionizy paryski był często mylony z Dionizym Areopagitą, uczniem św. Pawła, co nastąpiło pod wpływem pism przywiezionych do Francji przez Ludwika Pobożnego (przetłumaczonych w 827 r. przez opata Hilduina), a błędnie przypisywanych Dionizemu Areopagicie. Obecnie przypisuje się je anonimowemu autorowi z VI wieku, zwanemu Pseudo-Dionizym Areopagitą.
W miejscu grobu Dionizego i jego towarzyszy zbudowano opactwo św. Dionizego (St. Denis) – późniejszym miejscu pochówku kolejnych królów Francji.
Św. Dionizy jest patronem Francji oraz cierpiących na bóle głowy i migreny.